Matéria e Medidas Reis, Oswaldo Henrique Barolli. R375m Matéria e medidas / Oswaldo Henrique Barolli. Varginha, 2015. 54 slides; il. Sistema requerido: Adobe Acrobat Reader Modo de Acesso: World Wide Web 1. Química. 2. Química Estudo e ensino. I. Título. II. Fundação de Ensino e Pesquisa- FEPESMIG Elaborado por: Isadora Ferreira CRB-06 31/06 CDD: 540 AC: 115607 1
Introdução: matéria e medidas O estudo da química Classificações da matéria Propriedades da matéria Unidades de medida Incerteza na medida Análise dimensional 2
Introdução - Química é o estudo das propriedades dos materiais e das mudanças sofridas por estes. Os princípios químicos estão presentes em todos os aspectos de nossas vidas. 3
Introdução Por que estudar química? 4
A matéria Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. Pode ser classificada de acordo com seu estado físico (sólido, líquido e gasoso) e de acordo com sua composição (elemento, composto ou mistura). Vácuo: Ausência total de matéria. 5
A matéria Matéria: tudo que ocupa lugar no espaço e possui massa. (madeira) Corpo: porção definida da matéria. (tábua) Objeto: corpo feito pelo homem com o intuito de se utilizá-lo para algum fim. (banco de madeira) 6
Classificação da matéria Estados da Matéria Sólido: Estado onde os átomos, íons ou moléculas estão ordenados em arranjos bem definidos. 7
Classificação da matéria Estados da Matéria Líquido: Não assume uma forma fixa e possui volume constante (em temperatura e pressão constantes). 8
Classificação da matéria Estados da Matéria Gasoso: Assume o volume e a forma do recipiente, é compressível e flui rapidamente. 9
Classificação da matéria Substância Uma substância pura (em geral, chamada simplesmente de substância) é a matéria que tem propriedades distintas e uma composição que não varia de amostra para amostra. Todas as substâncias são elementos ou compostos: 10
Classificação da matéria Substância Elementos: Cada elemento contém um único tipo de átomo. Ex: O 2, Fe, Cl 2, Si etc... Compostos: São formados pela interação entre elementos. NaCl, H 2 SO 4 etc... 11
Classificação da matéria Substância Mistura: A maioria da matéria é constituída de misturas de diferentes substâncias. As substâncias que compõem uma mistura são chamadas de componentes da mistura. Uma mistura pode ser: Homogênea (soluções): são uniformes, possuem 1 fase. Heterogênea: não se misturam, possuem mais de uma fase. 12
Esquema de classificação da matéria 13
Sistema: tudo o que é objeto da observação humana. Sistemas homogêneos Sistemas heterogêneos Substância pura Mistura Substância pura Mistura Água Álcool hidratado Gelo: H 2 O (sól) + Água: H 2 O (líq) Água + óleo
Fase: corresponde a cada porção uniforme de uma matéria. Componente: corresponde a cada substância que participa da mistura. Mistura de dois ou mais sólidos será sempre heterogênea e cada sólido corresponde a uma fase.
Propriedades da matéria Intensivas: Não dependem da quantidade de amostra analisada. Ex.: Temperatura, densidade, ponto de fusão. Extensivas: Dependem da quantidade de amostra analisada. Ex.: Massa, volume. Mudanças físicas: Apresentam alterações em sua aparência física, mas não em sua composição. Ex.: A mudança do estado físico do gelo para a água líquida. Mudanças químicas: É quando uma substância é transformada em uma substância quimicamente diferente. Ex.: Quando o hidrogênio queima ao ar, ele sofre uma mudança química porque combina-se com o oxigênio para formar a água. 16
Mudanças de estado físico da matéria 17
Mudanças de estado físico da matéria 18
SUBSTÂNCIA PURA X MISTURA SUBSTÂNCIA PURA temperatura (graus Celsius) 100 água vapor d'água 0 gelo gelo + água água + vapor d'água estado sólido fusão solidificação estado líquido ebulição condensação estado gasoso
Curva de Resfriamento da água T C 100 G L e G L 0-20 S e L S tempo
Curva de Aquecimento da água T C 100 L e G G L 0-20 S S e L tempo
Mistura
Curvas de Misturas Comuns Aquecimento Resfriamento
PROPRIEDADES DA MATÉRIA Propriedades gerais são comuns a todos os materiais ( massa, volume, divisibilidade,...) Propriedades funcionais são apresentadas por um grupo de substâncias, chamado função química. Aldeído, Álcool, Cetona, Éster, etc. As propriedades específicas caracterizam cada tipo de substância (organolépticas (Cor, sabor, odor), químicas e físicas ) As propriedades físicas são utilizadas para identificar as substâncias : PF, PE, densidade, )
PROPRIEDADES GERAIS DA MATÉRIA Inércia: A matéria conserva seu estado de movimento ou repouso a menos que uma força aja sobre ela. Massa: É uma propriedade relacionada com a quantidade de matéria e é medida geralmente em quilograma. A massa é a medida da inércia. Quanto maior a massa de um corpo maior a sua inércia. Massa e peso são duas coisas diferentes, massa de um corpo pode ser medida por uma balança e o peso é uma força medida pelo dinamômetro. A massa é uma propriedade da matéria, independe onde o corpo está, a sua massa não se modifica. Mas o peso vai depender de onde o corpo está. Se uma pessoa foi para a Lua,onde a gravidade é menor, o peso vai ser menor também mas sua quantidade de matéria (massa) permanece inalterada Extensão: Toda matéria ocupa um lugar no espaço. Logo todo corpo tem extensão. Seu corpo, por exemplo, tem a extensão do espaço que você ocupa.
Impenetrabilidade: Duas porções de matéria não podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo no espaço. Divisibilidade: A matéria pode ser dividida em partes cada vez menores. Indestrutibilidade: A matéria não pode ser destruída nem criada, apenas transformada. Compressibilidade: Quando a matéria está sofrendo a ação de uma força, seu volume diminui. Elasticidade: A matéria volta ao volume e à forma iniciais quando cessa a compressão. Descontinuidade: Toda matéria é descontínua, por mais compacta que pareça. Existem espaços entre uma molécula e outra e esses espaços podem ser maiores ou menores tornando a matéria mais ou menos compacta
PROPRIEDADES FUNCIONAIS DA MATÉRIA São propriedades comuns a determinados grupos de matérias, identificadas pela função que desempenham. Exemplos: ácidos, bases, sais, óxidos, álcoois, éter, etc. ÁCIDOS: possuem sabor azedo ou cáustico, facilmente identificado em frutas cítricas HIDROCARBONETOS: queimam, facilmente, liberando calor : são combustíveis BASES: têm sabor amargo e são semelhantes ao sabão quando as tocamos. SAIS: conduzem corrente elétrica, em solução e apresentam sabor salgado. ÉTERES: possuem caráter básico e são altamente inflamáveis e voláteis
PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DA MATÉRIA 1.PROPRIEDADES ORGANOLÉPTICAS: a)cor: a matéria pode ser colorida ou incolor. Esta propriedade é percebida pela visão; b)brilho: a capacidade de uma substância de refletir luz é a que determina o seu brilho. Percebemos o brilho pela visão; c)sabor: uma substância pode ser insípida (sem sabor) ou sápida (com sabor). Esta propriedade é percebida pelo paladar; d)odor: a matéria pode ser inodora (sem cheiro) ou odorífera (com cheiro). Esta propriedade é percebida pelo olfato; e) textura : porosa, lisa, áspera,. Esta propriedade é percebida pelo tato.
2. PROPRIEDADES QUÍMICAS Reatividade química das substâncias. 3.PROPRIEDADES FÍSICAS São as chamadas constantes físicas da matéria ( ponto de fusão, ebulição, densidade, viscosidade, dureza, tenacidade, coeficiente de solubilidade, ) usadas para IDENTIFICAR A MATÉRIA. DENSIDADE: densidade absoluta ou massa específica (d) de um corpo é a relação entre a massa do material e o volume por ele ocupado. Quando dizemos que o metal ouro apresenta densidade de 19,3 g/cm 3 à 20C, isso significa que o volume de 1cm 3 de ouro possui massa de 19,3 g. A densidade varia com a temperatura, pois os corpos geralmente dilatam-se (aumentam de volume) com o aumento da temperatura
TESTES DE CONTROLE DE QUALIDADE PELA DENSIDADE: uso de densímetros densidade em g/cm 3 Especificações Determinadas por Lei: 1-Gasolina Comum e Aditivada: Densidade Mínima a 20/4ºC = 0,7200 Densidade Máxima a 20/4ºC = 0,7600 2-Diesel: Densidade Mínima a 20/4ºC = 0,8200 Densidade Máxima a 20/4ºC = 0,8800 3-Álcool Etílico Hidratado Carburante: Densidade Mínima a 20/4ºC = 0,8075 (93,8º INPM) Densidade Máxima a 20/4ºC = 0,8110 (92,6º INPM)
VERIFICAÇÃO DA QUALIDADE DO ÁLCOOL COMBUSTÍVEL O álcool combustível vendido nos postos de abastecimento contém uma certa quantidade de água (álcool hidratado). Essa mistura é padronizada e apresenta um valor definido de densidade. Ao lado das bombas de álcool existe um recipiente transparente contendo a mistura água/álcool e duas bolinhas de densidades diferentes (uma com densidade um pouco maior que a mistura que fica no fundo do recipiente e outra com uma densidade um pouco menor que a mistura que fica na parte superior do recipiente). Quando a proporção água/álcool é alterada, modifica-se a densidade da mistura, fazendo com que as bolinhas fiquem no mesmo lado (as duas na parte superior ou na parte inferior).
DUREZA É a resistência que uma espécie de matéria apresenta ao ser riscada por outra. Quanto maior a resistência ao risco, mais dura é a matéria. Escala de dureza de Mohs Friedrich Mohs, um mineralogista alemão, criou uma tabela de dez minerais, com dureza relativa. Quanto mais alto o número, mais duro o mineral. Os minerais de valores numéricos altos (6, 7, 8) riscam os de valores relativos mais baixos (1, 2, 3, 4) O diamante é a matéria mais dura que se conhece, é utilizado em brocas que cortam o mármore e em estiletes de cortar vidro.
TENACIDADE: é a resistência de um material à fratura ou ruptura. O ferro é o metal que apresenta maior tenacidade. Obs: não confundir dureza (resistência ao risco) com a tenacidade (resistência ao impacto). Por exemplo: se você der uma martelada sobre um diamante, ele se despedaçará. Mas, se a martelada for sobre um pedaço de ferro, o máximo que poderá acontecer é ficar a marca do martelo sobre o ferro. Agora, se você passar o diamante sobre uma chapa de ferro, ficará um risco. MALEABILIDADE A matéria que pode ser facilmente transformada em lâminas é considerada maleável. Exemplos: ferro, alumínio, prata, ouro e chumbo. DUCTIBILIDADE É a propriedade que permite a matéria ser transformada em fio. É o que acontece com os metais: os fios de cobre, por exemplo, são usados para conduzir a eletricidade que chega em nossa casa.
Densidade: massa específica de uma substância. É a razão (d) entre a massa dessa substância e o volume por ela ocupado. Ex. densidade da água= 1 g/cm 3
sólido > líquido > gasoso Aumento do volume A DENSIDADE é maior quanto maior o estado de agregação da matéria.
Substâncias Puras Simples Composta
MISTURA AR HOMOGÊNEA solução ÁGUA + AREIA HOMOGÊNEA solução HETEROGÊNEA
DEFINIÇÕES O que é um Átomo? Todas as substâncias são feitas de matéria e a unidade fundamental da matéria é o átomo. O átomo constitui a menor partícula de um elemento. O átomo é composto de um núcleo central contendo prótons (com carga positiva) e nêutrons (sem carga). Os elétrons (com carga negativa e massa insignificante) revolvem em torno do núcleo em diferentes trajetórias imaginárias chamadas órbitas.
DEFINIÇÕES O que é um Elemento? Elemento é uma substância feita de átomos de um tipo. Existem cerca de 82 elementos que ocorrem naturalmente e cerca de outros 31 elementos criados artificialmente como listados na Tabela Periódica
DEFINIÇÕES O que é uma Molécula? Uma molécula é formada quando átomos do mesmo ou diferentes elementos se combinam. A molécula é a menor partícula de uma substância que pode normalmente existir de maneira independente. Exemplos: Dois átomos de oxigênio se combinam para formar uma molécula de oxigênio [O 2 ]. Um átomo de carbono se combina com dois átomos de oxigênio para formar uma molécula de dióxido de carbono [CO 2 ].
DEFINIÇÕES O que é um Composto? Um composto é formado quando átomos ou moléculas de diferentes elementos se combinam. Em um composto, os elementos estão quimicamente combinados em uma proporção fixa. Exemplos: Hidrogênio e oxigênio são combinados na proporção fixa de 2:1 para formar o composto água [H 2 O]. Carbono e oxigênio são combinados na proporção fixa de 1:2 para formar o composto dióxido de carbono [CO 2 ].
DEFINIÇÕES Massa: medida numérica de uma determinada quantidade de matéria. SI = quilograma (kg); Balança. Atenção:Sempre constante. Peso:resultado da ação da gravidade sobre uma certa massa Peso = massa X aceleração da gravidade (P= mg). SI = Newton (N), kgf (quilograma-força); Dinamômetro de mola. Atenção:Variável. Volume: representa o espaço ocupado pela matéria. SI = litro (L) Mol: unidade de quantidade de matéria. Matériae suaspropriedades.
Separação de misturas Técnicas Tipos de mistura Natureza das misturas Exemplos Filtração Heterogênea Sólido-líquido ou Sólido-gasoso Areia + água Poeira + ar Filtração a vácuo Heterogênea Sólido-líquido (quando a filtração comum é lenta) Farinha + água Centrifugação Heterogênea Sólido-líquido Separação da nata do leite Decantação Heterogênea Sólido-líquido ou Líquido-líquido Areia + água Óleo + água Dissolução fracionária Heterogênea Sólido-sólido Sal + areia Destilação simples Homogênea Sólido-líquido Sal + água Destilação fracionária Homogênea Líquido-líquido Separação dos componentes do petróleo 43
Separação de misturas Aparelho utilizado para a separação de uma solução de cloreto de sódio (água salgada) em seus componentes. 44
Separação de misturas Separação dos componentes do petróleo destilação fracionária 45
DEFINIÇÕES Sistema:é um corpo submetido à observação. Aberto:troca matéria e energia com o ambiente. Fechado:troca apenas energia com o ambiente. Isolado:não troca matéria nem energia com o ambiente
Unidades de medida 47
Unidades de medida 48
Unidades de medida Temperatura 49
Unidades de medida Unidades derivadas do SI Velocidade, volume, densidade Dispositivos usados para medir e verter volumes de líquidos 50
Incerteza na medida Números exatos: Valores são conhecidos com exatidão Números inexatos: Valores obtidos a partir de medidas Limitação dos equipamentos, erro humano etc... Precisão: é uma medida do grau de aproximação entre os valores das medidas individuais; Exatidão ou acurácia: indica o grau de aproximação entre as medidas individuais e o valor correto ou verdadeiro. a exatos, mas, não precisos d precisos, mas não exatos c nem precisos nem exatos b precisos e exatos 51
Incerteza na medida Algarismos significativos: Em uma medida, admitindo-se a incerteza de mais ou menos um algarismo, aproxima-se o resultado a um número, que registra apenas um algarismo incerto. As regras para eles são: Todos os dígitos diferentes de zero são significativos; Zero entre dois dígitos diferentes de zero são significativos; Zero além da vírgula decimal no final de um número é significativo; Zeros que precedem o primeiro dígito diferente de zero em um número não são significativos. Qual a diferença entre 4,0g e 4,00g? Considerando uma incerteza de + ou 1 na última casa decimal temos: 4,0 -> a massa esta entre 3,9 e 4,1 4,00 -> a massa esta entre 3,99 e 4,01 52
Incerteza na medida Algarismos significativos em cálculos: A precisão do resultado é limitada à precisão das medidas utilizadas. Na multiplicação e na divisão o resultado terá o mesmo número de algarismos significativos da medida que tiver o menor número de algarismos significativos. E se: O número mais à esquerda da virgula é menor que 5 o número antecedente permanece inalterado. Ex.: 7,248 -> 7,2 O número mais a esquerda da vírgula a ser removido é maior ou igual a 5 o número precedente aumenta em 1. Ex.: 4,735 -> 4,74 Mas na adição e subtração, o resultado não pode ter mais números à direita da vírgula do que a parcela com o menor número de algarismos depois da vírgula. 53
Análise dimensional A análise dimensional ajuda a ter certeza que as soluções para os problemas produzirão as unidades corretas; As unidades são multiplicadas, divididas ou canceladas durante o cálculo, sendo necessário ficar atento aos fatores de conversão das unidades usadas. 54