Conceitos fundamentais que compõem a Química Matéria A mesa, a cadeira, as nossas roupas e o nosso organismo são exemplos de matéria. Todos os seres e objetos que fazem parte do nosso mundo são feitos de matéria. Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço. A matéria nem sempre é visível. O ar é um exemplo disso. Podemos, através de experimentos simples, constatar que o ar ocupa lugar no espaço. Observe um deles: Usamos massa de modelar para prender um funil em um frasco de vidro e, ao mesmo tempo, vedar o frasco, impedindo a saída de ar por pequenos orifícios. Assim, o ar só entra ou sai através do funil. Se tentarmos colocar um líquido colorido no frasco (água com groselha, por exemplo), verificaremos que o líquido não consegue entrar, impedido pelo ar contido no frasco. Veja na Figura 1. Figura 1 Representação de um funil com líquido em um fraco de vidro vedado. Podemos também determinar a massa de uma certa quantidade de ar mediante a utilização de balanças. Um litro de ar apresenta massa aproximada de 1,3 gramas. Energia Na verdade, não existe uma definição satisfatória para energia. Porém, pode-se afirmar que o conceito de energia está diretamente relacionado à realização de trabalho, ao fato de provocar modificações na matéria e de ser interconversível em suas várias formas. Uma das formas de energia mais utilizadas é a elétrica, que pode ser obtida de várias maneiras. Vejamos algumas delas:
Fonte: Química no cotidiano volume 1 Fonte: Química no cotidiano volume 1 Ao chegar em sua casa ou em instalações industriais, a energia elétrica é transformada em outros tipos de energia.
Unidades de medida Em Química, para realizar qualquer experimento, além dos conceitos básicos de matéria e energia, também é necessário conhecer algumas unidades de medida. A medida de uma grandeza é um número que expressa uma quantidade, comparada com um padrão previamente estabelecido. Os múltiplos e submúltiplos do padrão são indicados por prefixos. Massa Massa (m): a quantidade de matéria que existe num corpo. Importante: Essa definição é simplificada, pois o conceito de massa não é absoluto. De acordo com 2ª Lei de Newton, a massa de um corpo está relacionada com a medida da sua inércia, ou seja, medida da dificuldade que um corpo tem para variar a sua velocidade (massa inercial). Há também outra definição a de massa gravitacional, cuja medida depende da existência de força gravitacional. Neste caso, a massa de um corpo pode ser medida, por exemplo, mediante o uso de balanças. A determinação da massa de um corpo é feita pela comparação da massa desconhecida desse corpo com outra massa conhecida, um padrão. Para esta determinação usa-se um aparelho chamado balança. A Figura 2 apresenta alguns tipos de balanças. Figura 2 à esquerda tem-se uma balança de pratos e à direita tem-se uma balança moderna. No Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão de massa é o quilograma (kg).
Volume Volume (V): é a extensão de espaço ocupado por um corpo. O volume de um corpo com a forma de um cubo é determinado multiplicando-se seu comprimento por sua altura e por sua largura. Veja: No SI, a unidade-padrão de volume é o metro cúbico (m 3 ). No entanto, a unidade mais usada em Química é o litro (L). Num laboratório, os volumes dos líquidos podem ser obtidos de várias maneiras, usando-se diferentes aparelhos, em função do volume de líquido a ser determinado. Veja:
Fonte: Química no cotidiano volume 1 Esses equipamentos são utilizados na obtenção de medidas volumétricas de líquidos. Importante: Quando usamos aparelhagem de medida de volume, devemos manter os olhos no mesmo nível da superfície do líquido, conforme mostra a imagem abaixo. Fonte: Química no cotidiano volume 1 Temperatura Temperatura (T): relaciona-se com o estado de agitação das partículas que formam um corpo e com a capacidade desse corpo de transmitir ou receber calor. Os valores de temperatura são determinados por um aparelho chamado termômetro, que consiste de um fino tubo de vidro graduado e parcialmente cheio de mercúrio ou álcool colorido. À medida que a temperatura aumenta, o líquido se expande e se move ao longo do tubo. A graduação do tubo indica a variação de temperatura do líquido. Essa graduação é a escala termométrica do aparelho (existem várias escalas em uso, atualmente). A escala de graduação mais comumente usada nos trabalhos científicos é a escala Celsius. Ela possui dois pontos de referência: o congelamento e a
ebulição da água ao nível do mar, que correspondem, respectivamente, a 0 ºC e 100 ºC. Existem outras escalas centígradas, como a Kelvin, recomendada pelo SI e conhecida como escala absoluta. Veja: Pressão Pressão (P): a relação entre a força exercida na direção perpendicular, sobre uma dada superfície, e a área dessa superfície. A Terra está envolvida por uma camada de ar que tem espessura aproximada de 800 km. Essa camada de ar exerce pressão sobre os corpos: a pressão atmosférica. A diminuição do número de partículas do ar em grandes altitudes pode ser a causa de problemas para pessoas desacostumadas a essa condição. Pelo Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão é o pascal (Pa), que se relaciona com a unidade atmosfera na seguinte proporção:
Densidade Densidade (d): é a relação (razão) entre a massa de um material e o volume por ele ocupado. A expressão que permite calcular a densidade é dada por: Para sólidos e líquidos, a densidade geralmente é expressa em gramas/centímetros cúbicos (g/cm 3 ); para gases, costuma ser expressa em gramas/litro (g/l). Veja outro exemplo: Comparando os valores de densidades na figura abaixo temos: dágua = 1 g/cm 3, dcortiça = 0,32 g/cm 3, dchumbo = 11,3 g/cm 3
Concluímos que: dcortiça < dágua < dchumbo A cortiça flutua na água porque é menos densa que ela e o chumbo afunda porque é mais denso que esse líquido. A comparação entre as densidades permite prever se um corpo irá afundar ou flutuar em um certo líquido. Imagine, por exemplo, que uma bolinha de gude (d = 2,7 g/cm 3 ) e um pedaço de isopor (d = 0,03 g/cm 3 ) sejam colocados num frasco com azeite de oliva (d = 0,92 g/cm 3 ). O que se pode prever? O pedaço de isopor, menos denso que o azeite, irá flutuar nele. E a bolinha de gude, mais densa que ele, irá afundar. Alguns fatores que afetam a densidade A densidade depende, em primeiro lugar, do material considerado. Em segundo lugar, a densidade de um mesmo material depende da temperatura. Um aquecimento, por exemplo, provoca a dilatação do material (aumento de volume), e isso interfere no valor da densidade. No caso de gases, cujo volume é muito sensível a variações de pressão, a densidade, além de depender da temperatura, depende também da pressão. Constituição da matéria Atualmente não há dúvidas de que toda matéria seja formada por minúsculas partículas, denominadas átomos. Essa idéia, como vimos na aula anterior, foi proposta pelos filósofos gregos Leucipo e Demócrito (400 a.c.). Em 1808, baseado em fatos experimentais, o cientista britânico John Dalton (1766-1844) formula uma teoria atômica para explicar a constituição da matéria. Teoria atômica de Dalton Essa teoria possibilitaria, posteriormente, a criação do primeiro modelo do átomo, a qual expressa, em termos gerais, o seguinte: 1. A matéria é constituída de pequenas partículas esféricas maciças e indivisíveis denominadas átomos. 2. Um conjunto de átomos com as mesmas massas e tamanhos apresenta as mesmas propriedades e constitui um elemento químico. 3. Elementos químicos diferentes apresentam átomos com massas, tamanhos e propriedades diferentes. 4. A combinação de átomos de elementos diferentes, numa proporção de números inteiros, origina substâncias diferentes. 5. Os átomos não são criados nem destruídos: são simplesmente rearranjados, originando novas substâncias.
Para melhor representar sua teoria atômica, Dalton substituiu os antigos símbolos químicos da alquimia por novos e criou símbolos para outros elementos que não eram conhecidos pelos alquimistas. Representação dos elementos químicos Até 1808, quando surgiu a teoria atômica de Dalton, eram conhecidos aproximadamente 50 elementos químicos. Por volta de 1810, o químico sueco Berzelius (1779-1848) organizou a notação química utilizada até essa data, que era bastante confusa, introduzindo como símbolo dos elementos as iniciais de seus nomes em latim. Para indicar a proporção com que cada elemento entra na formação de determinada substância, Dalton associou um índice numérico aos símbolos. A representação gráfica de uma substância em que são utilizados os
símbolos e os índices numéricos é denominada fórmula e representa a constituição de cada unidade formadora da substância. Essas unidades são denominadas moléculas. Em foco... John Dalton John Dalton é considerado o pai da Química teórica. Com apenas 12 anos de idade iniciou sua brilhante carreira lecionando em uma escola da comunidade Quaker, da qual era membro. Além de ter elaborado a teoria atômica, Dalton descobriu uma importante lei da Física a Lei das Pressões Parciais dos Gases. Uma curiosidade sobre a sua vida profissional: ele também atuou como meteorologista, tendo feito cerca de 200 mil anotações. Dalton foi o primeiro cientista a descrever uma deficiência visual da qual sofria cujo portador não consegue distinguir algumas cores, entre elas, o vermelho e o verde. O seu trabalho sobre essa deficiência foi tão importante que hoje ela é conhecida por daltonismo. Atualmente, sabe-se que o daltonismo afeta 5% dos homens e 0,5% das mulheres. John Dalton, membro da comunidade Quaker com seus trajes característicos do final do século XIX. Fonte: Química no cotidiano volume 1
Referências Bibliográficas: Prof. : Drielle Caroline NÓBREGA, Olívio Salgado; SILVA, Eduardo Roberto; SILVA, Ruth Hashimoto. Química - Volume único. Ed. Ética, São Paulo, 2007. PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem do cotidiano. Ed. Moderna, v.2, São Paulo, 2010. SANTOS, Wildson; MOL, Gerson. Química Cidadã. Ed. Nova Geração, v.1, São Paulo, 2010. USBERCO, João; SALVADOR, Edgard. Química Volume único. Ed. Saraiva, São Paulo, 2013.