CIÊNCIA APLICADA AO DESIGNAula 4 — Calor e Composição da Matéria

Paulo Tribolet AbreuIADE, Licenciatura em Design 2009/10, 2º semestre

CALOR E TEMPERATURA

CALOR E TEMPERATURA

Matéria é feita de partículas (átomos, moléculas) que estão sempre em movimento desordenado (vibração em torno de uma posição média).

Portanto têm uma energia cinética média diferente de zero (mesmo que a matéria esteja parada).

Temperatura mede essa energia cinética média.

Calor é a transmissão dessa energia (cinética); energia “em movimento”.

Calor é energia, portanto mede-se em J ou cal.

3

TEMPERATURA

Quando aumentamos a velocidade média das partículas, aumentamos a temperatura.

4

v

% d

e par

tícu

las

T aumenta

Área = # partículas = const.

ESCALAS DE TEMPERATURA

Celcius ou centígrados (C): 0 C = gelo, 100 C = vapor.

Qual a temperatura quando não há nenhum movimento?

Zero absoluto: -273 C. Não há temperatura menor.

Escala kelvin (K):K = C + 273C = K - 273

5

K C

0 -273

273 0

373 100

CAPACIDADE CALORÍFICA

Quantidade de calor “armazenado”.

ΔQ = C·m·ΔT

Porque é que um chão de pedraparece mais frio que um de madeira?

Porque é que os plásticos secam mal na máquina de lavar louça?

6

Material C (kJ/kg.K)

água 4,18

ar 1,0

ferro 0,45

mica 0,88

madeira 0,42

vidro (silica) 0,84

TRANSMISSÃODE CALOR

Convecção: material quente desloca-se de um lado para o outro.

Condutividade: a Ec média transmite-se através dos choques (sem transmissão de matéria).

Radiação electromagnética: energia dos fotões: E = h·f (para mais tarde).

7

COMPOSIÇÃO DA MATÉRIA

DE QUE SÃO FEITAS AS COISAS?

Aristóteles:

divisão infinita;

4 elementos (fogo, ar, água, terra).

Atomistas + Dalton (sec. XIX):

átomos (= indivisível).

9

DE QUE SÃO FEITAS AS COISAS?

Moléculas: a menor divisão que ainda contém as propriedades da substância. Moléculas de oxigénio, de água, de plástico, de celulose, etc.

Átomos: existem 92 naturais (118 no total). Correspondem aos diferentes elementos. Unem-se para fazer moléculas.

Partículas fundamentais: electrões (e-), protões (p+), neutrões (n0). Constituintes dos átomos.

Quarks: seis fundamentais (u, d, c, s, t, b). Fazem os protões = uud e os neutrões = udd.

10

EXTRA: O MODELO STANDARD

11

Força electromagnética: fotões.

Força nuclear forte: gluões. Une os quarks.

Força nuclear fraca: bosões. Une p+ e n0 no núcleo.

Força gravitacional: gravitões. Por descobrir.

DE QUE SÃO FEITOS OS ÁTOMOS?

12

Protões no núcleo (n. atómico): definem o elemento.

Electrões à volta: definem a reactividade química; podem variar (iões positivos e negativos).

Neutrões no núcleo: isótopos.

A TABELA PERIÓDICA

13

LIGAÇÃO QUÍMICA

14

Os e- arrumam-se por camadas (orbitais) à volta do núcleo de modo a minimizar a energia.

O mínimo de energia corresponde a 8 e- na última camada (excepto se for a mais próxima do núcleo que só pode ter 2 e-).

Para atingir este objectivo, os átomos trocam e compartilham e- entre si: ligação química.

LIGAÇÃO QUÍMICA: IÓNICA

15

Ligação iónica:

entre elementos das colunas IA e IIA com VIA e VIIA;

ganho e perda de e-;

os iões atraem-se pela força electroestática.

Exemplo: NaCl.

LIGAÇÃO QUÍMICA: COVALENTE

16

Ligação covalente:

entre elementos de média electronegatividade;

compartilhamento de e-;

a nuvem electrónica envolve os núcleos.

Exemplo: CO2.

LIGAÇÃO QUÍMICA: METÁLICA

17

Ligação metálica:

os e- da última camada têm uma fraca ligação ao núcleo;

nuvem de e- livres;

que é responsável pelas propriedades típicas dos metais: brilho, condutividade eléctrica e térmica, dureza, ductibilidade.

Exemplo: qualquer metal.

SÓLIDOS CRISTALINOSGeralmente feitos por ligações iónicas.

Unidades que se repetem numa estrutura geométrica regular: reticulado cristalino.

Propriedades: dureza, rigidez, brilho.

Exemplo: silica, diamante.

18

SÓLIDOS AMORFOS

Geralmente feitos por ligações covalentes.

Alguma ordem local sem coesão por maiores extensões.

Propriedades: mole, migalhas em vez de lascas.

Exemplo: vidro, plástico, carvão.

19

SÓLIDOS METÁLICOS

Feitos por ligações metálicas.

Mesmas propriedades dessa ligação: brilho, condutividade eléctrica e térmica, dureza, ductibilidade.

20