Introdução a Química Conceitos Preliminares Universo É o conjunto TOTAL de toda a MATÉRIA e ENERGIA que existe... Conceitos Preliminares Fenômenos Substâncias Conceitos Preliminares Matéria É tudo o que possui massa e ocupa um lugar no espaço, possuindo assim volume. Conceitos Preliminares Matéria Exemplo: A madeira, as rochas, a água, o ar, as pessoas, as árvores, etc... A ausência total de matéria constitui o vácuo. A matéria possui propriedades tais como: massa, extensão, impenetrabilidade, divisibilidade, compressibilidade, elasticidade, etc... 1
Conceitos Preliminares Conceitos Preliminares Corpo É uma porção limitada da matéria. Objeto Chama-se de objeto o corpo que é transformado para a nossa utilização. As transformações ocorridas na matéria (corpo) receberão o nome de fenômenos. Matéria Corpo Corpo Transformado (Objeto) MATÉRIA -CORPO -OBJETO Fenômenos Matéria Corpo Transformação Objeto Fenômeno Físico É a transformação da matéria que não provoca alteração em sua estrutura mais íntima. Não ocorre reorganização atômica. Fenômeno Químico É a transformação da matéria que provoca uma alteração em sua estrutura mais íntima. Ocorre reorganização dos átomos que constituem a matéria. Fenômeno Físico São os fenômenos que envolvem as transformações onde propriedades físicas dos compostos são alteradas, tais como: fragmentação, temperatura, deslocamento, mudança de estado físico, etc... Fenômeno Químico São os fenômenos onde os átomos que constituem a matéria são reorganizados, adquirindo, assim, uma nova estrutura de matéria com propriedades diferentes da anterior. Estes fenômenos são chamados de reações químicas. 2
Fenômeno Químico Fenômeno Físico Fenômeno Químico Reação Química Substâncias Matéria Corpo Objeto Substância Moléculas Simples Composta Pura Mistura Aquamotion - John S. Robinson Força Jackson Zanetti Átomos Substâncias Questão Enem Matéria Corpo Objeto Substância Moléculas Átomos Conjunto de moléculas que Podem ou não estar ligadas entre si. Conjunto de átomos ligados entre si através de ligações químicas Conjunto das menores partículas que constituem a matéria Quando se definem moléculas, os livro geralmente apresentam conceitos como: "a menor parte da substância capaz de guardar suas propriedades". A partir de definições desse tipo, a idéia transmitida ao estudante é a de que o constituinte isolado (moléculas) contém os atributos do todo. Questão Enem É como dizer que uma molécula de água possui densidade, pressão de vapor, tensão superficial, ponto de fusão, ponto de ebulição, etc. Tais propriedades pertencem ao conjunto, isto é, manifestam-se nas relações que as moléculas mantêm entre si. Adaptado de OLIVEIRA, R.J. O Mito da Substância. Química Nova na Escola, nº 1, 1995. Questão Enem O texto evidencia a chamada visão substancialista que ainda se encontra presente no ensino da Química. Abaixo estão relacionadas algumas afirmativas pertinentes ao assunto. I. O ouro é dourado, pois seus átomos são dourados. II. Uma substância "macia" não pode ser feita de moléculas "rígidas". III. Um substância pura possui pontos de ebulição e fusão constantes, em virtude das interações entre suas moléculas. IV. A expansão dos objetos com a temperatura ocorre porque os átomos se expandem. 3
Dessas afirmativas, estão apoiadas na visão substancialista criticada pelo autor apenas: a) I e II b) III e IV c) I, II e III d) I, II e IV e) II, III e IV As diferentes Substâncias Substância É a união de diferentes grupos de átomos da forma mais variável possível. Esta união constituirá uma infinidade de agrupamentos diferentes que podem ser moléculas ou aglomerados iônicos. As cortinas - Jackson Zanetti Tipos de Substâncias Substância Simples É a substância formada por átomos de um mesmo elemento químico. Exemplos: gás hidrogênio ( H 2 ) Substância Composta É a substância formada por átomos ou íons de elementos químicos diferentes entre si. Exemplos: gás carbônico ( CO 2 ) Substância Pura É qualquer substância simples ou composta constituída de átomos, moléculas ou aglomerados iônicos idênticos entre si. As substâncias puras possuem propriedades características bem definidas. Podem ser conhecidas com o nome de espécies químicas e podem ser representadas por fórmulas químicas. Reconhecimento da Substância Pura Observações sobre Substâncias Puras Substâncias puras possuem propriedades físicas bem definidas, tais como: ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade,etc... A água pura é inodora, insípida, incolor, etc... Temp.( C) Temp. Ebulição Temp. Fusão Diagrama de fases Fusão Sólido Ebulição Líquido Tempo Gás ou Vapor Ponto de Fusão: Derrete Ponto de Ebulição: Ferve Vapor Gás Vapor: substância na temperatura ambiente é LÌQUIDA Gás: substância na temperatura ambiente é um GÁS 4
Observações sobre Substâncias Puras Alotropia Um mesmo elemento químico pode dar origens a substâncias simples e puras com diferentes estruturas. Os principais exemplos são: Carbono Grafite (C n ), Diamante (C n ) e Fureleno (C 80 ) Enxofre Rômbico (S 8 (α) )e Monoclínico (S 8 (β) ) Oxigênio Gás oxigênio (O 2 )e Gás Ozônio (O 3 ) Fósforo Fósforo Branco (P 4 )e Fósforo Vermelho (P n ) Observações sobre Substâncias Puras Alotropia do Carbono Diamante Grafite Fureleno Misturas É a união de duas ou mais substâncias puras diferentes entre si, que não reagem. Exemplos: Ar atmosférico, água salgada, água e areia, o sangue, o leite, o granito, etc... As misturas podem constituir sistemas Homogêneos e Heterogêneos. Mistura Homogênea Possui propriedades iguais em toda sua extensão. Possuem o mesmo aspecto visual. Podem também ser chamadas de soluções. Mistura Heterogênea Possui diferentes propriedades ao longo de sua extensão. Possui diferentes aspectos visuais. Cada porção homogênea da mistura heterogênea recebe o nome de fase. 5
Observações sobre as Misturas Nos gráficos as misturas possuem pontos de fusão e ebulição variáveis. Temp.( C) Fusão Sólido Ebulição Líquido Tempo Gás ou Vapor Mistura Eutética É a mistura de 2 ou mais sólidos onde o ponto de FUSÃO é o menor possível e constante. Exemplo: Ligas Metálicas Mistura Azeotrópica É a mistura de 2 ou mais líquidos onde o ponto de EBULIÇÃO é o menor possível e constante; Exemplo: Álcool de Cozinha Conceito de Química Química é o estudo das transformações mais íntimas da matéria, isto é: reorganização dos átomos que constituem a matéria; bem como o teor de energia que acompanha esta transformação. Energia É chamada de energia a capacidade de realização de trabalho. Existem diversas formas de energia tais como: mecânica, cinética, potencial, elétrica, solar, nuclear, etc... Método de Análise Imediata Separação de Misturas Heterogêneas Separação de Misturas Homogêneas Método de Análise Imediata É o processo pelo qual podemos desdobrar as misturas em seus componentes. A mistura heterogênea é mais fácil de ser separada pois possui diferentes propriedades e diferentes aspectos visuais. Os componentes da mistura heterogênea podem possuir mesmo estado físico ou diferentes estados físicos. Tipos de Métodos Os diferentes tipos de sistemas requerem diferentes tipos de Métodos de Análise Imediata, assim: a) Sistemas Homogêneo: Métodos que separem as substâncias levando em consideração as propriedades físicas. Por exemplo: Destilação fracionada 6
Tipos de Métodos Destilação Simples b) Sistemas Heterogêneo: Métodos que utilizem as propriedades macroscópicas dos sistemas. Em função das substâncias que os constituem podem receber uma classificação: ar-sólido, sólido-sólido; sólido-líquido, e assim sucessivamente. Mistura Homogênea Cristalização Catação Tamização Levigação Fracionada Evaporação Os principais são: catação, tamização, levigação, flotação, filtração, destilação simples, decantação, separação magnética, centrifugação, evaporação, entre outros. Heterogênea Flotação Filtração Decantação Separação Magnética Centrifugação Destilação Misturas Homogêneas Método utilizado na separação de misturas homogêneas de sólidos em líquidos ou de líquidos diferentes. É utilizada na separação do petróleo ( destilação fracionada ) ou na fabricação de bebidas alcoólicas ( alambique ). Observação sobre Destilação Fracionada Método que permite a separação de dois ou mais líquidos onde existam temperaturas de ebulição diferentes. Componentes do ar atmosférico e suas porcentagens: Utilizada na destilação do petróleo ; Utilizada na separação dos componentes do ar atmosférico. 7
Cristalização Processo (natural ou artificial) da formação de cristais sólidos de uma solução uniforme, ou seja homogênea. Ágata São rochas onde a sílica (areia) funde-se e cristaliza os diversos minerais que estão no solo. O resultado desta cristalização é conhecido como DRUSAS. Evaporação Método natural utilizado nas salinas para a produção do sal de cozinha. Nesse processo, a água do mar é bombeada para dentro de tanques próximos da praia. A água evapora e o sal vai se depositando na forma sólida e a medida em que o sal seco é recolhido, os tanques são enchidos novamente com água do mar. É a forma pela qual ocorrem as formações nas grutas e cavernas. Catação Misturas Heterogêneas Método rudimentar onde a separação ocorre por diferenças de tamanho, cor, etc. Exemplo : separação do lixo doméstico. Método utilizado na separação de substâncias com diferentes tamanhos. Utiliza-se uma peneira. Tamização Levigação Método onde separam-se as substâncias por diferença de densidade. A substância mais densa vai para o fundo. É usado em minas de metais preciosos (garimpos ) para separar o ouro do cascalho. 8
Método onde separamse as substâncias por diferença de densidade. A substância mais leve sobe. É usado para separar a madeira em rios. Flotação Método muito utilizado para separar misturas de sólidos e líquidos ou sólido de gases. Utiliza-se um filtro, como por exemplo: o coador de café, aspirador de pó, filtro de óleo, etc. Filtração Filtro de água para aquários Decantação Separação Magnética Método que utiliza a ação da gravidade sobre as partículas fazendo-as depositar. A poeira se acumula sobre móveis e objetos por decantação. Tanque de decantação utilizado Para purificação da água. É utilizada na separação entre sólidos que possuam propriedades magnéticas como ferro, níquel ou cobalto. O aparelho utilizado é o eletroímã. Detector de metais Substâncias Magnéticas Classificação das substâncias em função da magnetização: Substância Paramagnética: São substâncias que quando sujeitas a um campo magnético são ligeiramente atraídos. Substância Ferromagnéticas: São aquelas que, quando sujeitas a um campo magnético, são facilmente atraídas. Substâncias Magnéticas Substância Ferrimagnéticas: são óxidos e misturas de óxidos com materiais ferromagnéticos que apresentam propriedades magnéticas. Substância Diamagnéticas: são aquelas que, quando sujeitas a um campo magnético muito forte, são ligeiramente repelidas. 9
Centrifugação Alguns Materiais de Laboratório Método que serve de aceleração para a decantação. Utiliza-se uma centrífuga de alta rotação. As centrífugas são utilizadas na separação dos componentes do sangue. Partículas Fundamentais Estrutura Atômica Elementar Partículas Fundamentais Na constituição de um átomo, em geral, participam as partículas fundamentais que são: próton nêutron elétron. Estrutura Elementar do Átomo Estrutura Elementar do Átomo Quadro das Partículas Fundamentais Partícula Carga Massa Eletrosfera Elétrons Prótons Núcleo Nêutrons Próton Nêutron Elétron Positiva Neutra Negativa 1 u 1 u Desprezível Observação: A massa do elétron é desprezível por ser, aproximadamente 1840 vezes menor que a do próton. (massa relativa do próton 1,6.10-30 g) 10
Número Atômico Número das Partículas Fundamentais É o número de prótons que o átomo possui em seu núcleo. Sobre o número atômico podemos observar que: É representado pela letra Z. É a principal característica de um átomo, isto é, todo e qualquer átomo será reconhecido por seu número atômico ( RG do átomo ). Número Atômico Os átomos por sua natureza são eletricamente neutros. Em um átomo neutro e no seu estado fundamental, temos: n o de prótons = n o de elétrons Número de Massa É a soma algébrica do número de prótons e de nêutrons que um átomo possui em seu núcleo. Sobre o número de massa podemos observar que: É representado pela letra A; Através do número de massa podemos calcular o valor matemático do número de nêutrons. A = Z + N Número de Nêutrons É o número de partículas neutras que um átomo possui em seu núcleo. Sobre o número de nêutrons podemos observar que: É representado pela letra N; Fenômenos Com o Número de Partículas do Átomo O número de nêutrons não é uma característica fundamental do núcleo de um átomo. N = A - Z 11
Isotopia É o fenômeno onde átomos apresentam o mesmo número de prótons em seu núcleo, isto é, mesmo número atômico. Exemplo de Isotopia O hidrogênio apresenta três isótopos. Isótopo Representação % na natureza Composição Os átomos que apresentam o fenômeno da isotopia são chamados de isótopos. Prótio 1 H 1 99,98 % Os isótopos apresentam as mesmas propriedades químicas pois são átomos iguais apenas diferenciando-se em número de massa e de nêutrons. Deutério Trítio 1 H 2 1 H 3 0,010 % 10-7 % Elemento Químico É o conjunto de isótopos, isto é, conjunto de átomos que apresentam o mesmo número atômico. Por exemplo: Elemento Hidrogênio Prótio ( 1 H 1 ) Deutério ( 1 H 2 ) Trítio ( 1 H 3 ) Onde: Símbolo de um Elemento Químico O símbolo de um elemento químico pode ser representado por: ZE A Z: representa o número atômico E: representa o símbolo do elemento A: representa o número de massa e sempre será o maior número. Massa Atômica É a média ponderada dos números de massas dos isótopos que constituem este elemento. Isobaria É o fenômeno onde átomos diferentes entre si apresentam o mesmo número de massa. Átomo Elemento Químico Número de Massa (A) Massa Atômica 20 Ca40,01 223 87Fr Elemento Químico Átomo Número de Inteiro Número com Virgula Átomos isobáricos possuem o mesmo número de massa e diferentes números atômicos e de nêutrons. São átomos que não possuem as mesmas propriedades químicas. 12
Exemplo de Isobaria 11 Na 23 23 12Mg Observe no esquema que os dois átomos apresentam o mesmo número de massa. Isotonia É o fenômeno onde átomos diferentes entre si apresentam o mesmo número de nêutrons. Os isótonos possuem o mesmo número de nêutrons e diferentes números de massa e atômico. São átomos que não apresentam as mesmas propriedades químicas. Exemplo de Isotonia Recordando 13 Al27 14 Si28 No átomo de Al: No átomo de Si: A = Z + N A = Z + N N = A - Z N = A - Z N = 27-13 N = 28-14 N = 14 N = 14 Fenômeno Z A N isotopia = isobaria = isotonia = Os átomos Al e Si apresentam MESMO número de nêutrons. Ionização Formação de Cátion e Ânion Átomo Neutro n o de p + = n o de e - Processo pelo qual um átomo ou uma partícula neutra recebe ou perde elétrons, transformando-se em íons. Perder Elétrons Ganhar Elétrons n o de p + > n o de e - n o de p + < n o de e - Átomo Positivo Átomo Negativo Cátion Ânion 13
Espécies Isoeletrônicas São espécies químicas que, por processos de ionização diferentes, possuem o mesmo número de elétrons. Exemplos: 10Ne 0 10 elétrons 11Na +1 10 elétrons 12Mg +2 10 elétrons H 2 O 10 elétrons 14