Noções Fundamentais da matéria e energia

Matéria Matéria: tudo que ocupa lugar no espaço e possui massa. A água, o ferro e a madeira são exemplos de matéria; pois possuem massa e ocupam lugar no espaço, ou seja, tem volume.

Ferro, madeira e água

Corpo: Qualquer porção limitada da matéria. Objeto: corpo feito pelo homem com o intuito de se utilizá-lo para algum fim. Existem vários tipos de matéria e cada um é chamado de substância. A água, o ferro, o açúcar e o gás carbônico são exemplos de substâncias.

Matéria: madeiraCorpo: Tronco de

madeiraObjeto: Banco de

madeira

EnergiaPodemos conceituar energia como tudo aquilo que pode modificar a matéria, provocar ou anular movimentos e, ainda, causar sensações.Matéria e energia não podem ser criadas nem destruídas; podem somente ser transformadas. É o chamado Princípio da Conservação da Matéria e Energia.

Durante a queima de uma (matéria), esta se desgasta, produzindo fumaça (matéria: fuligem e gases) e liberando energia (luz: energia luminosa; calor: energia calorífica).

Na subida de um foguete, o combustível (matéria) se transforma em calor (energia), provocando um empuxo que transforma o estado de repouso em estado de movimento.

Propriedades gerais e Especificas da matéria

A matéria apresenta várias propriedades que são classificadas em gerais, funcionais e específicas.São comuns a toda e qualquer espécie de matéria, independentemente da substância de que ela é feita.As principais são: massa, extensão, impenetrabilidade, divisibilidade, compressibilidade e elasticidade.

Massa:Todos os corpos possuem massa.Extensão: Todos os corpos ocupam lugar no espaço.Impenetrabilidade: Dois corpos não ocupam, ao mesmo tempo, um mesmo lugar no espaço.Divisibilidade: Os corpos podem ser divididos em partes cada vez menores.Compressibilidade: Os corpos possuem a propriedade de poder diminuir de tamanho, sob a ação de forças externas.Elasticidade: Os corpos possuem a propriedade de voltar à forma e volume originais, cessada a causa que os deformou.

Propriedades Funcionais da MatériaSão propriedades observadas somente em determinados grupos de matéria.Esses grupos são chamados funções químicas, e as principais são: ácidos, bases, sais e óxidos.

Propriedades Específicas da Matéria

São propriedades que permitem identificar uma determinada espécie de matéria. Dentre as propriedades específicas, podemos citar: 

- Propriedades físicas: ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade.

– Propriedades organolépticas: odor, sabor.

– Propriedades químicas: reações químicas.

Estados físicos da matériaEstados físicos da matéria ou fases são as diferentes formas de como uma substância pode se apresentar no espaço. Os principais são:

SólidoÉ quando os átomos das moléculas constituintes da matéria estão em um estado de agitação baixo, podendo ser concentrados mais átomos em um mesmo espaço físico.A sua forma e volume são fixos. Por exemplo, uma bola de boliche. Pode ser colocada em qualquer tipo de recipiente que ela não tomará a forma do recipiente, e o seu volume não vai aumentar ou diminuir.

LíquidoOcorre quando as moléculas já estão um pouco mais dispersos, em relação à mesma matéria no estado sólido. Substâncias no estado líquido tem volume fixo, porém a sua forma pode variar. Por exemplo, a água. Se estiver em um copo, toma a forma do copo, se estiver na jarra, fica na forma da jarra.

GasosoAcontece quando as partículas que formam a matéria estão bastante afastadas, dispersas no espaço.Por isto elas podem ter a forma e o volume variável. Exemplo, ar atmosférico. O ar de uma sala inteira pode ser comprimido dentro de um cilindro, e tomando a forma do mesmo.

Todas as substâncias podem alterar o estado físico em que estão, alterando alguns fatores que as influenciam, como a temperatura e a pressão.

Existem ainda um quarto estado, chamado de plasma, que somente ocorre em condições altíssimas de temperatura, como no núcleo do Sol. Lá, os átomos de hélio ficam a uma temperatura e pressão muito altas, fazendo com que os seus elétrons sejam desprendidos de seus átomos.

É também possível verificar que alguns corpos podem mudar de estado físico, ou seja, deixar de ser sólido e passar para líquido e do líquido passar para o estado gasoso.Um exemplo disso é a água, que pode existir no estado sólido (como gelo), no estado líquido (como água), ou no estado gasoso (como vapor). Sendo assim, estas transformações recebem nomes, tais como:

Fusão: É a passagem do sólido para o líquido;

Solidificação: É a passagem do estado líquido para o sólido;

vaporização para a passagem do estado líquido para o gasoso. No entanto, a vaporização pode ser subdividida em:

- ebulição, que é induzida, ou seja, quando se fornece energia a um líquido para ele se transformar no estado gasoso. Exemplo: ferver água em uma panela.

- evaporação, que é a passagem do estado líquido para o gasoso de forma espontânea, ou seja, quando você não induz esta transformação. Um exemplo é uma roupa secando no varal, ou uma poça d’água que evapora pela ação do Sol.- calefação, que é a passagem do líquido para o gasoso de forma instantânea, ou seja, é uma passagem muito rápida. Um exemplo é quando jogamos gotas d’água em uma panela quente, o que ocorre naquele momento é a calefação.

- Condensação É a passagem do estado gasoso para o líquido. Exemplo é a formação de gotículas na parte de fora de um copo com água gelada. Neste fenômeno o que se observa é que o ar (que contém vapor d’água) próximo da superfície do copo se resfria e o vapor d’água torna-se água líquida na superfície externa do copo. (As gotículas)

- Sublimação para a passagem direta do estado sólido para o gasoso e do gasoso para o sólido. Um exemplo de sublimação é a passagem da naftalina (que é sólida) para o estado gasoso, diretamente sem que passe pelo estado líquido. A naftalina é utilizada para espantar baratas e traças de gavetas e armários. Ela possui um odor característico.

Estas transformações podem, também ser representadas graficamente. Nesta representação, aborda a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição, pois se parte de um sólido e induz ele a passar pelos três estados físicos da matéria, para tal, basta fornecer energia a ele.

Teoria Atômica de DaltonJohn Dalton, em 1803, propôs uma teoria que explicava as leis da conservação de massa e da composição definida, é a chamada Teoria Atômica de Dalton. Essa teoria foi baseada em diversos experimentos e apontou as seguintes conclusões: 

1. Toda matéria é formada de partículas fundamentais, os átomos.

2. Os átomos não podem ser criados e nem destruídos, eles são permanentes e indivisíveis.

3. Um composto químico é formado pela combinação de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa.

4. Os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos, já os átomos de diferentes elementos possuem propriedades diferentes. Os átomos caracterizam os elementos.

5. Quando os átomos se combinam para formar um composto, quando se separam ou quando acontece um rearranjo são indícios de uma transformação química.

Muitas dessas teorias são aceitas até hoje, mas algumas já são ultrapassadas, vejamos porque:- Os elementos químicos são formados por pequenas partículas denominadas átomos - Válido até hoje.- Os átomos são partículas maciças e indivisíveis - Incorreto, pois o átomo é descontínuo e divisível. - Os átomos de um mesmo elemento têm massas iguais e os átomos de elementos diferentes têm massas diferentes - Incorreto, devido à existência de isótopos, todos os átomos de um elemento não têm a mesma massa. 

- Os átomos dos elementos permanecem inalterados nas reações químicas - Válido até hoje. Inclusive essa definição explica bem porque a massa é conservada nas reações químicas. - Os compostos são formados pela ligação dos átomos dos elementos em proporções fixas - Correto. Essa é a Lei da composição definida, ela explica porque cada composto é caracterizado por proporções fixas. Cada átomo de um dado elemento presente em um composto tem a mesma massa, sendo assim, a composição deve ser sempre a mesma.

Substâncias Simples e Compostas:» Substâncias Simples são aquelas formadas por um único tipo de elemento químico. Exemplos: H2, O2, O3, Cl2, P4.» Substâncias Compostas são aquelas formadas por mais de um tipo de elemento químico. Exemplos: NaCl, H2O, Ca2SO4, HCl, H3PO4.

Substâncias puras e misturas

As substâncias puras podem ser classificadas em:Substâncias puras simples: que são formadas pela combinação de átomos de um único elemento químico, como por exemplo o gás hidrogênio formado por dois átomos de hidrogênio ligados entre si; o ozônio formado por três átomos de oxigênio. 

Substâncias puras compostas: que são formadas pela combinação de átomos de dois ou mais elementos químicos diferentes, como por exemplo a água formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio; ácido clorídrico (nome comercial ácido de muriático) formado por um átomo de hidrogênio e um átomo de cloro. 

Uma outra característica importante das substâncias puras refere-se a sua composição, que é sempre fixa e definida, por exemplo, para se formar água é necessário a combinação de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênioA água é formada na proporção de 2 gramas de hidrogênio para 16 gramas de oxigênio.

As misturas, não possuem composição fixa e definida, por exemplo, para obter uma mistura de água e sal pode-se colocar qualquer quantidade de água e qualquer quantidade de sal.

Misturas Homogêneas e Heterogêneas

A matéria encontrada na natureza, na sua grande maioria, é formada por duas ou mais substâncias puras, portanto são misturas.

Observe as misturas:

Nas misturas B, D, E observa-se uma superfície de separação entre os componentes que as formam e, por isso, recebem a denominação de misturas heterogêneas.Nesse caso, as espécies químicas que formam a mistura são insolúveis entre si; no caso de dois líquidos, usa-se termo imiscíveis.

Nas misturas A e C não se percebe superfície de separação entre os componentes, a mistura apresenta o mesmo aspecto em toda sua extensão e recebem a denominação de misturas homogêneas. Nesse caso, as espécies químicas que formam a mistura são solúveis entre si; quando as substâncias solúveis entre si, são dois líquidos, usa-se o termo miscíveis entre si.

As misturas homogêneas são monofásicas ou unifäsicas ,isto é, possuem uma única fase e as heterogêneas polifásicas, isto é, possuem duas ou mais fases.Recebe a denominação de fase cada porção uniforme de uma determinada matéria, com as mesmas características em toda sua extensão.O granito, uma matéria heterogênea, constituído de três fases, isto é ,de três porções visualmente uniformes, a fase da mica (brilhante), a fase do quartzo (transparente) e a fase do feldspato.

Obtenção de substâncias puras a partir de misturas

Usados na separação de misturas heterogêneas constituídas de dois componentes sólidos.Catação: os grãos ou fragmentos de um dos componentes são catados com as mãos ou com uma pinça.

Ventilação: passa-se pela mistura uma corrente de ar e este arrasta o mais leve.Levigação: passa-se pela mistura uma corrente de água e esta arrasta o mais leve.Separação magnética: passa-se pela mistura um imã, se um dos componentes possuir propriedades magnéticas, será atraído pelo imã.

Peneiração: usada quando os grãos que formam os componentes tem tamanhos diferentes.Flotação: é um processo de separação onde estão envolvidos os três estados da matéria - sólido, líquido e gasoso. As partículas sólidas desejadas acumulam-se nas bolhas gasosas introduzidas no líquido.

As bolhas têm densidade menor que a da fase líquida e migram para superfície arrastando as partículas seletivamente aderidas. O produto não desejável é retirado pela parte inferior do recipiente.

Decantação: usado para separar os componentes de misturas heterogêneas, constituídas de um componente sólido e outro líquido ou de dois componentes líquidos, estes líquidos devem ser imiscíveis.

Esse método consiste em deixar a mistura em repouso e o componente mais denso, sob a ação da força da gravidade, formará a fase inferior e o menos denso ocupará a fase superior.

 Centrifugação: é usado para acelerar a decantação da fase mais densa de uma mistura heterogênea constituída de um componente sólido e outro líquido. Esse método consiste em submeter a mistura a um movimento de rotação intenso de tal forma que o componente mais denso se deposite no fundo do recipiente.

A manteiga é separada do leite por centrifugação. Como o leite é mais denso que a manteiga, formará a fase inferior.Nos laboratórios de análise clínica o sangue, que é uma mistura heterogênea, é submetido a centrifugação para separação dos seus componentes.

Filtração: é usada para separação de misturas heterogêneas, constituídas de um componente sólido e outro líquido ou de um componente sólido e outro gasoso. A mistura deve passar através de um filtro, que é constituído de um material poroso, e as partículas de maior diâmetro ficam retidas no filtro.

Para um material poder ser utilizado como filtro seus poros devem ter um diâmetro muitíssimo pequeno.A filtração é o processo de separação utilizado no aspirador de pó. O ar e a poeira são aspirados, passam pelo filtro, que é chamado saco de poeira, as partículas sólidas da poeira ficam retidas no filtro e o ar sai.

 Evaporação: é usado para separação de misturas homogêneas constituída de um componente sólido e o outro líquido. A evaporação é usada para separar misturas, quando apenas a fase sólida é de interesse.O sal de cozinha é extraído da água do mar por evaporação. 

Destilação simples: é usada para separar misturas homogêneas quando um dos componentes é sólido e o outro líquido. A destilação simples é utilizada quando há interesse nas duas fases. Este processo consiste em aquecer a mistura em uma aparelhagem apropriada, como a esquematizada abaixo, até que o líquido entre em ebulição.

Como o vapor do líquido é menos denso, sairá pela parte superior do balão de destilação chegando ao condensador, que é refrigerado com água, entra em contato com as paredes frias, se condensa, voltando novamente ao estado líquido. Em seguida, é recolhido em um recipiente adequado, e o sólido permanece no balão de destilação.

Destilação Fracionada: é usada na separação de misturas homogêneas quando os componentes da mistura são líquidos. A destilação fracionada é baseada nos diferentes pontos de ebulição dos componentes da mistura.

A técnica e a aparelhagem utilizada na destilação fracionada é a mesma utilizada na destilação simples, apenas deve ser colocado um termômetro no balão de destilação, para que se possa saber o término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição.

O término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição, ocorrerá quando a temperatura voltar a se elevar rapidamente. A destilação fracionada é utilizada na separação dos componentes do petróleo.