INTRODUÇÃO À QUÍMICA

INTRODUÇÃO À QUÍMICA

O QUE É QUÍMICA? É a ciência que estuda a matéria, suas propriedades, transformações e interações, bem como a energia envolvida nestes processos.

QUAL A IMPORTÂNCIA DA QUÍMICA? Entender química nos ajuda a entender o mundo a nossa volta. A química ajuda a adquirir um útil discernimento dos problemas atuais da sociedade. Por exemplo: chuva ácida, efeito estufa, degradação da camada de ozônio, contaminação com pesticidas, alimentos industrializados, processos industriais, entre outros. Amplo campo de interesse e aplicação: engenharias, agricultura, oceanografia, física, biologia, medicina, tecnologias de recursos ambientais, nutrição, odontologia, metalurgia, eletrônica, ciência espacial e inúmeros outros campos.

IMPORTÂNCIA DA QUÍMICA PARA ENGENHEIROS MECÂNICOS Base para uma visão ampla sobre os diferentes materiais e processos químicos que o Engenheiro Mecânico abordará durante sua vida profissional. Exemplos: Estrutura cristalina dos metais; Composição dos aços; Propriedades dos materiais (metais, cerâmicas, polímeros e compósitos); Corrosão e degradação dos materiais.

MATÉRIA Matéria é tudo que tem massa e ocupa espaço. Ex.: canetas, livros, mesas, copos, sanduíches, etc. Massa é a medida numérica direta da quantidade de matéria de um objeto. Balde com água Balde com chumbo

MASSA, INÉRCIA, PESO E DENSIDADE A massa pode ser medida pela sua inércia. Inércia é a resistência de um objeto a um esforço realizado para modificar o seu estado de movimento. 1ª Lei de Newton: um objeto em repouso tende a permanecer em repouso, e um objeto em movimento tende a permanecer em movimento na mesma velocidade e na mesma direção. Maior inércia = Maior quantidade de matéria

MASSA, INÉRCIA, PESO E DENSIDADE A massa pode ser medida por pesagem uso de balanças. Mas, peso e pesagem não são termos corretos! Peso refere-se à força com que um objeto é atraído pela força gravitacional da Terra. O peso de um objeto depende de três fatores: Da massa do objeto, da massa da Terra e da distância entre o objeto e o centro da Terra. 2ª Lei de Newton: F = ma; W = mg (g = 9,81 m/s 2 ) Peso Variável Massa Constante

MASSA, INÉRCIA, PESO E DENSIDADE Densidade: razão entre a massa de um corpo e seu volume. d = m V Densidade da água = 0,997 g/cm 3. Densidade do chumbo = 11,3 g/cm 3.

ESTADOS DA MATÉRIA Dependendo da temperatura e pressão, as substâncias apresentam 3 estados físicos: Sublimação PF Liquefação Solidificação PE Vaporização Condensação Sólido Líquido Vapor

ESTADOS DA MATÉRIA Plasma: 4º estado físico da matéria. Similar ao gás, mas contendo certa porção de partículas ionizadas (na verdade, mistura de átomos neutros, elétrons livres e íons positivos).

ÁTOMOS Unidade fundamental da matéria consiste em um núcleo central com carga positiva (contém prótons e nêutrons) e uma nuvem de elétrons de carga negativa.

ELEMENTOS E COMPOSTOS Elemento: substância pura simples, fundamental, elementar. Não pode ser separado ou decomposto em substâncias mais simples. Exemplos: Sódio (Na); Cloro (Cl); Oxigênio (O); Hidrogênio (H); Carbono (C); Urânio (U).

ELEMENTOS E COMPOSTOS Compostos: constituídos de 2 ou mais elementos combinados em uma composição definida. Podem ser decompostos em substâncias mais simples. Exemplos: Cloreto de sódio (NaCl); Dióxido de carbono (CO 2 ); Água (H 2 O). H 2(g) + ½O 2(g) H 2 O (g)

SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS Substância pura: substância com composição característica e definida apresentando um conjunto definido de propriedades. Exemplos: Água; Sal; Ferro; Açúcar; Oxigênio.

SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS Mistura: duas ou mais substâncias fisicamente misturadas. Dividem-se em misturas homogêneas (soluções) e heterogêneas. Exemplos: Misturas homogêneas: Água e álcool; Água do mar. Misturas heterogêneas: Óleo e água; Granito. mica feldspato quartzo

SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS Fase: é definida como sendo uma região distinta, na qual todas as propriedades são as mesmas.

CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA Matéria Substâncias puras Composição definida Não podem ser separadas por processos físicos Temperatura constante durante a mudança de estado Misturas Composição variável Podem ser separadas por processos físicos Temperatura variável durante a mudança de estado Elementos Substâncias puras mais simples Não podem ser decompostos Compostos Constituídos de 2 ou mais elementos Podem ser decompostos por processos químicos Misturas homogêneas (Soluções) Constituídas de 2 ou mais componentes Monofásicas Misturas heterogêneas Constituídas de 2 ou mais componentes Duas ou mais fases

ÍONS E MOLÉCULAS Íons: são átomos carregados eletricamente que não formam moléculas quando se combinam (Ex.: Na + Cl - ). Cátions: íons positivos (Na +, NH 4+, Mg 2+, Al 3+, etc.). Ânions: íons negativos (Cl -, Br -, SO 4 2-, PO 4 3-, etc.). Moléculas: grupos de átomos unidos por ligações covalentes. A molécula é eletricamente neutra (Ex.: H 2 O, CO 2, etc.).

TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS E QUÍMICAS DA MATÉRIA As transformações físicas não alteram a identidade das substâncias. As mudanças de estado são exemplos deste tipo de transformações. Solidificação da água; Fusão do ferro; Granulação de fios de cobre.

TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS E QUÍMICAS DA MATÉRIA As transformações químicas são mais significativas ou fundamentais do que as transformações físicas. Nestas transformações, substâncias são destruídas e outras, novas, são formadas. Exemplos: Combustão; Corrosão.

LEIS DAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS Lei da conservação das massas Formulada por Antoine Lavoisier. Durante uma transformação química não é mensurável a perda ou ganho de massa, ou seja, a soma das massas dos produtos é igual a soma das massas dos reagentes. Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.

LEIS DAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS Exemplo: Quando o composto calcário (carbonato de cálcio) é aquecido, decompõe-se na forma de cal viva (óxido de cálcio) e no gás dióxido de carbono. Supondo que 40,0 g de calcário é decomposto, restando 22,4 g de cal viva, quanto dióxido de carbono é formado?

LEIS DAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS Lei das proporções definidas Formulada por Joseph Louis Proust. Cada componente de um composto tem sua composição em massa, definida e característica. Por exemplo, em uma amostra de cloreto de sódio, 39,44% da massa total é sódio e, 60,66% é cloro. Similarmente, a água sempre consiste em 11,19% de hidrogênio e 88,91% de oxigênio, em massa.

LEIS DAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS Exemplo: Os elementos magnésio (Mg) e bromo (Br) combinam-se para formar o composto brometo de magnésio. Em um experimento, 6,00 g de Mg foram misturadas com 35,0 g de Br. Após a reação observou-se que, embora todo o Br tenha reagido, 0,70 g de Mg permaneceu em excesso. Qual é a composição percentual, em massa, do brometo de magnésio?

ENERGIA Quando ocorre uma reação, esta vem acompanhada da absorção ou liberação de energia. A energia é geralmente definida como a capacidade de produzir trabalho. Existem diferentes formas de energia, todas interconversíveis: Mecânica; Elétrica; Calorífica; Nuclear; Química; Radiante.

O QUE É TRABALHO? Podemos dizer que o trabalho é realizado quando um objeto é movimentado contra uma força de oposição. Por exemplo: Ao levantarmos um livro de uma mesa, realizamos um trabalho sobre o livro, porque o deslocamos contra a força de oposição da gravidade.

ENERGIA E TRABALHO Quando um objeto possui energia, ele pode afetar outros objetos, realizando trabalho sobre eles: Carvão, óleo combustível e gás natural possuem energia porque podem ser queimados e o calor liberado pode ser aproveitado para realizar trabalho. As unidades de energia e de trabalho são as mesmas (J (Kg m 2 /s 2 )).