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Capítulo 1 Química Geral e Orgânica

- O que é química...? segundo dicionário Ciência em que se estuda a estrutura das substâncias, correlacionando-a com as propriedades macroscópica e se investigam as transformações dessas substâncias.

- Segundo o livro de John B. Russel, a química é a ciência que estuda a natureza, as propriedades, a composição e as transformações da matéria.

Por que se estuda química no curso de Engenharia e agronomia? - Por exemplo, a água é o maior constituinte do nosso organismo 70 %, 90 %

do plasma sangüíneo, 80% do músculo, por esta razão a hidratação é importante.

- O estudo do pH é interessante para saber qual o produto de limpeza adequado a ser utilizado no final da obra, pois muitos materiais não resistem pH muito baixo.

- O estudo das forças inter atômicas ajuda compreender o porque do cobre por exemplo é flexível, tem brilho e um bom condutor de eletricidade.

- Ajuda escolher a pedra adequada a ser utilizada em acabamento de acordo com o ambiente conforme a composição química.

- Ecologia: estudo da camada de ozônio, chuva ácida, poluentes, etc... - CONCEITOD BÁSICOS Objeto → Porção limitada de matéria que serve para um determinado uso exemplo cadeira Corpo → é qualquer porção da matéria Matéria → é tudo que tem massa e ocupa espaço. Massa – uma medida numérica direta da quantidade de matéria do objeto Do que é constituída a matéria? Filósofos gregos – dividir matéria até uma partícula extremamente pequena que não pudessem ser mais divididas – átomo – a = não tomo = parte portanto matéria seria constituída de átomos.

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- Séculos XVII e XVIII caracterizaram-se pela aquisição de um grande nº de informações obtidas experimentalmente. Apesar de serem rudimentares surgiram as leis das combinações químicas.

- Essas leis só puderam ser explicadas com base na aceitação do fato que a matéria era constituída por átomos, partículas indivisíveis.

- Em 1774 surge a lei da conservação da massa (Lavoisier) – Durante uma transformação química não é mensurável o ganho ou a perda de massa , isto é, a soma das massas dos produtos é igual à soma dos reagentes, (nas reações químicas não há destruição e nem criação de matéria.

Ex.: CaCO3 (calcário) CaO + CO2

40g 22,4 g. ? ? = 17,6 g.

CaCO3 (calcário) → CaO + CO2

40+12+48 40+56 12+32 100 56 + 44 100 100 - Lei de Proust, 1799 – Lei da composição definida ou lei da composição

constante ou lei das proporções definidas, esta lei diz que um composto sempre contém os mesmos elementos nas mesmas proporções em termo de massa – ou seja – cada componente de um composto tem sua composição em massa definida e a proporção é característica de cada reação..

Ex.: NaCl 39,44% de massa de Na e 60,66% de massa de Cl H2O 11,19% de hidrogênio e 88,91% de oxigênio NaCl Na = 23 g Cl = 35 g 58 g - 100% 23 g - x x = 39% 58 g - 100% 35 g - y y = 61% H2O H = 1 g x 2 = 2g e O = 16 g 18g - 100% 2g - x x = 11,11% 18 g - 100% 16 g - y y = 88,88%

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Se em uma reação fossem usados 7 g de nitrogênio (N) e 1,5 g de hidrogênio (H) para obter segundo Antoine Lavoisier 8,5 g de amônia (NH3), segundo Joseph Proust se tivesse usado apenas 2,1 g de nitrogênio quantos gramas de produto serão obtidos e quantos gramas seriam necessários de hidrogênio? Segundo Proust: 7 g N m NH3 7 g 8,5g x = 2,55 g. de produto 2,1g N x NH3 2,1g x e segundo Lavoisier N + H = NH3 ou a soma dos reagentes = produto 2,55 g (produto) amônia – 2,1 g de Nitrogênio = 0,45 g de Hidrogênio - No início do século XIX (1803) os cientistas passam a aceitar

definitivamente a existência do átomo, devido as explicações de John Dalton.

- Modelo atômico de Dalton usando idéias simples. 1 – Toda matéria é composta de partículas extremamente pequenas fundamentais, os átomos. 2 – Os átomos são permanentes e indivisíveis, eles não podem ser criados nem destruídos. 3 – Os elementos são caracterizados por seus átomos. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos em todos os aspectos. Átomos de diferentes elementos tem diferentes propriedades. 4 – As transformações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos. 5 – Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa. Ex.: AX2 CaCl2, CO, AlCl3

- Essa teoria de Dalton explicou o porquê a massa é conservada nas reações. “Se cada átomo tem sua própria característica e se os átomos são rearranjados, permanecendo inalterados durante uma reação química, então a massa total dos reagentes deve ser a mesma que a dos átomos dos produtos” A teoria de Dalton estimulou o mundo científico a pensar seriamente sobre a existência do átomo e daí a pesquisar sua constituição.

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ÁTOMO Componentes do átomo Elétrons - Os primeiros experimentos que dá indícios de que o átomo são constituídos de partículas mais simples surgiram por volta de 1850. Willian Crookes, físico britânico, construiu tubos de descarga elétrica de

alta voltagem (� 20000 v) através de gases (tubo de Crookes) descobrindo varias propriedades dos raios catódicos. ~20.000 v

---------------------------�------------------------- ____________________________________ raios catódicos

________ |:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::| _________

(-) catodo (+) anodo

___________________vácuo______________ ↓

Quando a pressão do interior do tubo for igual a externa nada acontece pois o ar é um péssimo condutor de eletricidade. Á medida que se retira o ar do

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interior do tubo, surge uma luminosidade, onde ocorre a ionização de alguns componente do ar, o que possibilita a passagem da corrente elétrica do catodo para o anodo. Quando se reduz a pressão a valores extremamente baixo a luminosidade desaparece e aparece uma fluorescência na parte oposta ao catodo (-), esses raios invisíveis que partem do catodo e provocam luminosidade na parte oposta são chamados raios catódicos. Na verdade não é um raio de luz, mas sim fluxo de partículas minúsculas. ~20.000 v

---------------------------�------------------------- ____________________________________ raios catódicos

________ |:::::::::::::::::::::::::::::: |_________

(-) catodo (+) anodo

___________________vácuo______________ ↓ NNNN (imã) █ █ █ █ S S S S campo magnético Em 1897 J.J. Thonson mostrou que os raios catódicos eram partículas carregadas negativamente, pelo desvio destas partículas quando eram submetidas a um campo magnético. A essas partículas ele denominou de elétrons. -Medindo a razão massa/carga (m/e) do elétron ele descobriu a constante m/e = 5,69 x 10-9 g/coulomb cte - Em 1909, Robert Milikan (físico americano) determinou a carga do elétron ou seja quantificou a grandeza da carga negativa no elétron como sendo 1,6 x 10-19 C (coulombs) e a partir desse dado calculou a massa do elétron como sendo 9,1 x 10-28 g.

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______m = 5,69 x 10-9 -1,6 x 10-19 m = -1,6 . 10-19 x 5,69 .10-9

m = 9,1 x 10-28

- Proton – Descoberta do próton – Goldstein – Thonson – Rutherford O próton foi descoberto a partir de raios canais formados pela colisão dos elétrons produzido pelo catodo e moléculas de gás no interior de um tubo catódico modificado. A modificação consistia em usar como catodo uma placa contendo alguns orifícios. ---------------------------------------------- |------------------ (-)

(+)

-------------------------- ----------------- Estes raios canais originam-se a partir da colisão dos elétrons emitidos pelo catodo com a molécula de gás contida no tubo, gerando ions positivo pelo arranque de elétrons destas moléculas. Estes ions positivos são repelidos pelo anodo (+) e neutralizado pelo catodo (-). Alguns desses ions atravessam os orifícios existente no catodo (-), provocando luminosidade na região posterior a ele em forma de estrias. Os raios canais gerados pelas moléculas de H2 apresenta a menor carga positiva (+) e a esta menor carga positiva foi denominada próton.

O Núcleo Atômico e Neutrons

- A partir da experiência de Ernest Rutherford (1911) e colaboradores físico alemão Johannes Geiger e o estudante de cambridge Ernest Marsden foi analisado a existência do núcleo atômico.

- A experiência consistia em bombardear uma placa fina de ouro de quase

0,1 µ ou seja 0,0001 mm com partículas alfa (α) do elemento químico polônio onde constatou os seguintes fatos: A maior parte das partículas

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Alfa atravessavam a lamina de ouro sem sofrer desvio; algumas partículas sofriam desvios de suas trajetória e poucas partículas refletiam. Rutherford chegou à conclusão de que o espalhamento dessas partículas alfas eram causadas pela existência de uma carga central de pequeno volume, carregada positivamente situada no interior do átomo de ouro. Part´culas (+) folha de folha de antepararo c/

Partículas α

chumbo

ouro Sulfeto de zinco

1=========== ============= ======= caixa de chumbo

contendo polônio Com este experimento Rutherford demonstrou que em todo átomo existe um núcleo central que: a) possui partículas carregada positivamente denominado próton (+) igual

ao total de carga (-) dos elétrons na camada externa. b) Que o núcleo é responsável por mais de 99,9% da massa total do átomo. c) O núcleo possui diâmetro de 0,01% do átomo como todo. d) Rutherford concluiu que o próton não poderia compor a massa total do

núcleo, então em 1932 J. Chadwick (inglês) descobriu uma partícula que tinha aproximadamente a mesma massa do próton, mas não tinha carga, ou seja, eletricamente neutra por isso ele chamou de nêutron. e) Rutherford calculou o tamanho relativo do átomo na ordem de 10-8

cm que corresponde a um angstrons (Aº) e que o diâmetro do núcleo da ordem de 10-13 a 10-12 cm.

f) Fazendo a relação do diâmetro do átomo com o do núcleo temos : 10-8 = 10.000 x e 10-8 = 100.000 x 10-12 10-13

O átomo é portanto 10.000 a 100.000 vezes maior do que o seu núcleo.

- Átomo Moderno - constituído por duas regiões:

1) núcleo pequeno compreendendo toda carga positiva e praticamente toda massa do átomo

2) Uma região extra nuclear num espaço principalmente vazio onde estão distribuído os elétrons.