QUÍMICA Professor Edson Cruz MÓDULO 1 ASPECTOS MACROSCÓPICOS I
INTRODUÇÃO Imaginemos uma retrospectiva do mundo e de sua evolução, desde o ser humano mais primitivo até nosso tempo mais recente. Notaríamos que o desenvolvimento material e tecnológico da humanidade ocorreu graças ao melhor aproveitamento e ao desenvolvimento das técnicas de transformação dos recursos disponíveis na natureza, com isto foi a nossa evolução química e o conhecimento científico. Contudo, muitos progressos no conhecimento das substâncias provenientes de minerais e vegetais foram obtidos no Ocidente e no Oriente. Prepararam-se substâncias como, por exemplo, ácido nítrico (chamado na época de agua fortis) e ácido sulfúrico (oleum vitriolum). Materiais de laboratório foram sendo gradualmente aperfeiçoados.
Destacamos alguns fatos interessantes, como: Em 1597, o alemão Andreas Libavius publicou o livro Alchemia, no qual afirmava que a alquimia tem por objetivo a separação de misturas em seus componentes e o estudo das propriedades desses componentes, e em 1661, o irlandês Robert Boyle publicou The sceptical chemist (O químico cético), no qual atacava a concepção aristotélica de quatro elementos. Para Boyle, elemento é tudo aquilo que não pode ser decomposto por nenhum método conhecido. Estes livros podem ser considerados o marco inicial da Química, e com isto a introdução da química como uma ciência experimental.
CONCEITOS FUNDAMENTAIS 1. MATÉRIA, CORPO, OBJETO Quando se fala em, por definição temos que é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço, por exemplo: vidro, papel, glicose, ouro, minerais. Ao nos referirmos a um, tratamos de uma porção limitada da matéria (em termos quantitativos), por exemplo: Barra de ferro, pedaço de madeira, pedaço de vidro. Quando, então, falamos em um, tratamos de um corpo que possui aplicações ou utilidade (objetivos definidos ) para o homem, por exemplo: copo de vidro, mesa, janela,anel de ouro.
2. SUBSTÂNCIAS Substância é uma classificação qualitativa da matéria, formada por uma única espécie de matéria. Podemos então dizer que é um conjunto de moléculas quimicamente iguais. EXEMPLO: água (H 2 O), álcool (C 2 H 6 O), cloreto de sódio (Sal NaCl)
CLASSIFICAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS PURAS a) SUBSTÂNCIA PURA SIMPLES Aquela que é formada por átomos de um mesmo elemento. H 2, O 2, S 8, O 3, C n b) SUBSTÂNCIA PURA COMPOSTA Aquela que é formada por átomos de elementos diferentes. H 2 O, CO 2, C 6 H 12 O 6, HNO 3
OBSERVAÇÃO é a representação de um átomo (está ligado à idéia de elemento) e fórmula representa a molécula de uma substância pura. é a propriedade que certos elementos químicos possuem de formar substâncias simples diferentes. Formas alotrópicas Diferenciação Mais estável Oxigênio Gás oxigênio O 2(g) ATOMICIDADE: no oxigênio a atomicidade é Oxigênio Gás ozônio O 3(g) dois e no ozônio é três. O 2(g)
Formas alotrópicas Diferenciação Mais estável ARRANJO CRISTALINO: na grafita ocorre hibridação Carbono grafita sp 2 formando placas de hexágonos unidas por forças Carbono C n(grafita) Carbono diamante C n(diamante) Buckminsterfullerene (fulerenos) C 60 de van der Waals. No diamante ocorre hibridação do tipo sp 3 com os átomos dispostos num arranjo tetraédrico e no buckminsterfullerene ocorre Carbono grafita hibridação sp 2 num arranjo geodésico.
Formas alotrópicas Diferenciação Mais estável ATOMICIDADE: no fósforo Fósforo Fósforo branco P 4 Fósforo vermelho branco a atomicidade é quatro (uma pirâmide de base triangular) e no vermelho é n (várias Fósforo vermelho (P 4 ) n pirâmides de base triangular interligadas).
Formas alotrópicas Diferenciação Mais estável ARRANJO CRISTALINO: no enxofre formam-se Enxofre Enxofre rômbico ou - S 8 Enxofre monoclínico anéis cíclicos de 8 átomos cada um, que são empacotados num retículo cristalino ortorrômbico e no Enxofre rômbico ou - S 8 enxofre, os mesmos anéis S 8 se agrupam num retículo cristalino monoclínico. As formas alotrópicas de um mesmo elemento químico possuem propriedades físicas diferentes e propriedades químicas semelhantes. O que difere uma forma alotrópica de outra é a atomicidade (número de átomos) da molécula ou o arranjo dos átomos no espaço (arranjo cristalino).
3. MISTURAS Mistura é um sistema constituído pela reunião de duas ou mais sustâncias que conservam as suas propriedades, ou seja, junção de duas ou mais espécies de matérias diferentes que não interagem quimicamente. EXEMPLO: água do mar, ar atmosférico, refrigerantes, cerveja, etc.
CLASSIFICAÇÃO DE MISTURAS a) MISTURAS HOMOGÊNEAS (SOLUÇÕES) Aquelas que apresentam uma única fase. Suas propriedades são iguais em todos os pontos da mistura (monofásica). EXEMPLO: água e álcool, água e sal. b) MISTURAS HETEROGÊNEAS Aquelas que apresentam mais de uma fase (polifásica). EXEMPLO: água e óleo, água e areia.
NOTAS IMPORTANTES 1. Sistemas homogêneos: os que se apresentam uniformes e com características iguais em todos os seus pontos e sistemas heterogêneos: os que não se apresentam uniformes nem têm características iguais em todos os seus pontos. É importante notar que o critério de diferenciação entre homogêneo e heterogêneo é relativo, pois depende da aparelhagem de que dispomos para nossas observações. Assim, à medida que vão sendo construídos microscópios mais potentes, vamos notando que muitos sistemas que nos pareciam homogêneos são, na realidade, heterogêneos.
SISTEMAS HETEROGÊNEOS
2. O primeiro fulereno foi descoberto em 1985. Nele, 60 átomos de carbono dispõem-se formando uma estrutura semelhante a uma bola de futebol, com 12 pentágonos e 20 hexágonos, nos quais há 60 vértices e 32 faces. Essa estrutura foi concebida por inspiração nas macrocúpulas criadas pelo arquiteto R. Buckminster Fuller, e tomou o nome de buckminsterfulereno.
3. é qualquer porção homogênea de um sistema e é cada substância que forma o sistema. Nota : Assim, quanto ao número de fases, os sistemas são classificados como: Sistemas monofásicos - Têm uma única fase (logo, são homogêneos); Sistemas polifásicos - Possuem mais de uma fase (portanto, sempre heterogêneos). Os sistemas polifásicos podem ser bifásicos (formados por duas fases, como o sistema água/óleo), trifásicos (como o granito), e assim por diante.
OBSERVAÇÃO FINAL É muito importante não confundir as com os existentes em um sistema. Assim, no exemplo ao lado, temos: - Uma sólida, que é o gelo; outra fase sólida, que é o sal não-dissolvido; e uma fase líquida, formada pelo sal dissolvido e pela própria água; - A água (líquida ou na forma de gelo) e o sal (dissolvido ou depositado no fundo do recipiente). É também importante notar que. Se tivermos, por exemplo, um sistema formado por água líquida e cinco pedaços de gelo, teremos, mesmo assim, apenas duas fases: uma líquida (a água) e outra sólida (que é o gelo).
EM RESUMO, TEMOS QUE... (uma fase) Substância pura: Um componente. Mistura homogênea: Mais de um componente. (mais de uma fase) Substância pura: Um componente em diferentes estados físicos. Mistura heterogênea: Mais de um componente.
EXEMPLOS QUESTÃO 1. (Ufes) Observe a representação dos sistemas I, II e III e seus componentes. O número de fases em cada um é, respectivamente: a) 3, 2 e 4. b) 3, 3 e 4. c) 2, 2 e 4. d) 3, 2 e 5. e) 3, 3 e 6.
QUESTÃO 2. Dos elementos abaixo, qual pode formar duas substâncias simples diferentes? a) Oxigênio. b) Nitrogênio. c) Hélio. d) Flúor. e) Hidrogênio.
QUESTÃO 3. Assinale a opção correta sobre as representações químicas. a) Elementos são representados por símbolos. b) Fórmulas com dois ou mais elementos representam misturas. c) Fórmulas eletrônicas só representam substâncias iônicas. d) Um símbolo representam átomos sempre idênticos. e) A fórmula molecular representa a geometria da molécula.
QUESTÃO 4. Assinale a opção correta sobre a constituição dos sistemas químicos. a) Um sistema homogêneo pode ser uma mistura homogênea ou heterogênea. b) Todo sistema homogêneo é uma substância pura. c) Sempre que houver somente uma substância no sistema, este será monofásico. d) Sempre que houver mais que uma substância no sistema, ele será polifásico. e) Um sistema heterogêneo pode ser uma mistura heterogênea ou uma substância pura em mais de um estado físico.
QUESTÃO 5. Na parte mais externa da atmosfera terrestre, há grande quantidade de um gás que é alótropo do Oxigênio e protege a Terra de radiações nocivas. Este gás tem cor azul, o que faz com que a Terra, também, pareça azulada. Que gás é esse? a) O 3 ozônio. b) S 8 enxofre rômbico. c) C 54 fulereno. d) N 2 nitrogênio. e) H 2 O água.
4. FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS Ao longo do tempo, a humanidade tem observado que, sob certas condições, a matéria se transforma. A própria natureza se encarrega de muitas transformações. Assim, por exemplo: o frio intenso transforma a água em gelo; o fogo transforma uma árvore em cinzas; com o tempo, os frutos apodrecem; o ferro se enferruja; e até nosso corpo envelhece, ou seja ocorrem transformações da matéria. As transformações da matéria são também chamadas de fenômenos materiais (ou simplesmente fenômenos), sendo que, nessa expressão, a palavra fenômeno significa apenas transformação.
Denomina-se a todas as transformações que não alteram as propriedades físicas e químicas das substâncias. Exemplo: qualquer mudança de fase de agressão. H O H O H O s g 2 2 2 Mesmo mudando de fase de agregação, a água continua sendo incomburente (não provoca nem sofre combustão), continua com ponto de fusão 0 C e ponto de ebulição 100 C (ambos sob pressão de 1 atm) e densidade 1,0 g/cm 3 (a 20 C e 1 atm).
Denomina-se todas as transformações que alteram as propriedades físicas e químicas das substâncias. Exemplo: eletrólise da água. 2H O 2H 1O g g 2 2 2 Na eletrólise, a água se transforma em gás hidrogênio e gás oxigênio, cujas propriedades são totalmente diferentes das suas. Considerando pressão de 1 atm e densidade medida a 20 C temos: Gás hidrogênio: É combustível (sofre combustão), possui ponto de fusão -259,14 C, ponto de ebulição -252,7 C e densidade 0,0709/cm 3. Gás oxigênio: É comburente (provoca combustão), possui ponto de fusão -18,4 C, ponto de ebulição -183,0 C e densidade 1,14/cm 3 (a 20 C e 1 atm).
OBSERVAÇÃO Os fenômenos químicos são denominados reações e são representados por uma equação química. A equação química mostra claramente que a transformação de uma substância em outra é, na verdade, um reagrupamento de átomos. Algumas ligações químicas são rompidas e outras ligações químicas são formadas.
A formação de uma nova substância está associada a: Exemplos: queima de papel; cândida ou água de lavadeira em tecido colorido; queima de fotos de artifício. Exemplos: antiácido estomacal em água; bicarbonato de sódio (fermento de bolo) em vinagre. Ao misturar dois sistemas líquidos ou um sistema líquido e um gás, poderá ocorrer a formação de uma nova substância sólida. Exemplos: líquido de bateria de automóvel + cal de pedreiro dissolvida em água; água de cal + ar expirado pelo pulmão (gás carbônico). emitida pelos vaga-lumes. Exemplos: álcool queimado; luz
EXEMPLOS QUESTÃO 1. As seguintes mudanças de cor são evidências de reações químicas em todos os casos, exceto: a) O Bombril úmido passa, com o tempo, de acinzentado para avermelhado. b) O filamento de uma lâmpada acesa passa de cinza para amarelo esbranquiçado. c) Uma fotografia colorida exposta ao sol se desbota. d) Água sanitária descora uma calça jeans. e) Uma banana cortada escurece com o passar do tempo. RESOLUÇÃO: Alternativa B, pois após apagar o filamento, fica como no início do processo, sem alteração.
QUESTÃO 2. A alternativa que contém um fenômeno físico observado no dia-adia é: a) A queima de um fósforo. b) O derretimento do gelo. c) A transformação do leite em coalhada. d) O desprendimento de gás, quando se coloca sal de frutas em água. e) O escurecimento de um objeto de cobre.
QUESTÃO 3. Em quais dessa passagens grifadas abaixo está ocorrendo transformação química?? I. "O reflexo da luz nas águas onduladas pelos ventos lembrava-lhe os cabelos de seu amado. II. III. IV. "A chama da vela confundia-se com o brilho nos olhos". "Desolado,observava o gelo derretendo em seu copo e ironicamente comparava-o ao seu coração". "com o passar dos tempos começou a sentir-se como a velha tesoura enferrujando no fundo da gaveta". Estão corretas apenas: a) 1 e 2. b) 2 e 3. c) 3 e 4. d) 2 e 4. e) 1 e 3.
QUESTÃO 4. Considere as seguintes tarefas realizadas no dia-a-dia de uma cozinha e indique aquelas que envolve transformações químicas. 1. Aquecer uma panela de alumínio. 2. Acender um fósforo. 3. Ferver água. 4. Queimar açúcar para fazer caramelo. 5. Fazer gelo. a) 1, 3 e 4. b) 2 e 4. c) 1, 3 e 5. d) 3 e 5. e) 2 e 3.