Princípios_de_Química[1].pdf

7/17/2019 Princípios_de_Química[1].pdf

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PROFESSOR: JAMES FREITAS

QUÍMICA DO COTIDIANO

A Química (ou, melhor, a matéria e suas transformações) está sempre presente em nosso dia-a-dia: nos alimentos, no vestuário, nos edifícios, nos medicamentos, e assim por diante. Não têmsentido certas pr opagandas que anunciam “alimento natural sem Química”, pois o próprioalimento em si já é uma mistura química.

Perfumes

Os perfumes têm sido parte da vida civilizada há vários séculos, tanto para os homens como para as mulheres. Todos nós temos preferências por determinados aromas, os quais podem nosmudar o humor ou suscitar emoções. Provavelmente o mais primitivo dos nossos sentidos, oolfato tem a capacidade de nos recordar experiências passadas. As mensagens olfativas sãoenviadas para áreas do cérebro associadas à emoção, à criatividade e à memória. Mas, afinal de

contas, o que é um perfume? O que ele contém?

A fragrância de um perfume é um complexo sistema de substâncias originalmente extraídas dealgumas plantas tropicais ou de alguns animais selvagens.

Um perfume é, por definição, um material — porção de matéria com mais de uma substância. Aanálise química dos perfumes mostra que eles são uma complexa mistura de compostosorgânicos denominada fragrância (odores básicos). Inicialmente, as fragrâncias eramclassificadas de acordo com sua origem. Por exemplo: a fragrância floral consistia no óleoobtido de flores tais como a rosa, jasmim, lilás etc. A fragrância verde era constituída de óleosextraídos de árvores e arbustos, como o eucalipto, o pinho, o citrus, a alfazema, a cânfora etc.

Os químicos já identificaram cerca de três mil óleos essenciais, sendo que cerca de 150 sãoimportantes como ingredientes de perfumes. Para que possam ser usados com esse fim, os óleosessenciais devem ser separados do resto da planta. As técnicas usadas para isso baseiam-se em

suas diferenças de solubilidade, volatilidade e temperatura de ebulição. A extração porsolventes, por exemplo, utiliza o solvente éter de petróleo (uma mistura de hidrocarbonetos) para extrairóleos essenciais de flores. Já o óleo de eucalipto pode ser separado das folhas passando atravésdelas uma corrente de vapor de água (destilação por arraste de vapor).

Uma vez obtido um óleo essencial, a análise química permite identificar quantos e quaiscomponentes estão presentes. Antes do advento das técnicas modernas de análise de óleosessenciais (cromatografia a gás, espectrometria de massa, ressonância magnética nuclear,espectroscopia de infravermelho etc.), os químicos identificavam quase exclusivamente ocomponente principal de um óleo essencial. Hoje, é possível identificar todos os componentesde um óleo, mesmo aqueles que estão presentes em quantidades mínimas.

Curiosidades sobre perfumes



• A paixão pelos perfumes alcançou seu auge nas cortes francesas do século XVIII, quando LuísXV decretou que para cada dia da semana deveria haver uma fragrância diferente na corte.Madame Pompadour (1721-1764) teria gasto o equivalente a R$250 000,00 em perfumes.

• Arqueólogos que abriram o túmulo do faraó Tutankhamon em 1922 encontraram vasos comum óleo perfumado conhecido como Kiphi. Após 3 300 anos, traços do aroma ainda puderamser detectados.

Bafômetro

Iniciativas do poder público para prevenir o uso de bebidas alcoólicas por motoristas - causa demuitos acidentes nas estradas do país - trouxeram à ordem do dia, não sem suscitar polêmica, oinstrumento popularmente conhecido como ‘bafômetro’. Esse instrumento de medição nãovinha sendo muito utilizado, apesar de sua praticidade e eficiência.

Quando uma pessoa ingere bebidas alcoólicas, o álcool passa rapidamente para a correntesanguínea, pela qual é levado para todas as partes do corpo. Esse processo de passagem doálcool do estômago/intestino para o sangue leva aproximadamente 20 a 30 minutos,dependendo de uma série de fatores, como peso corporal, capacidade de absorção do sistemadigestivo e gradação alcoólica da bebida. A consequência é a intoxicação, que varia de uma leveeuforia (a pessoa fica alegre) até estados mais adiantados de estupor alcoólico. Como resultado,a capacidade da pessoa para conduzir veículos é altamente comprometida, tendo em vista quea intoxicação afeta a coordenação motora e a rapidez dos reflexos. De acordo com a legislação brasileira em vigor, uma pessoa está incapacitada para dirigir com segurança se tiver umaconcentração de álcool no sangue superior a 0,8 g/L.

A química dos bafômetros

Os bafômetros mais simples são descartáveis e consistem em pequenos tubos contendo umamistura sólida de solução aquosa de dicromato de potássio e sílica, umedecida com ácidosulfúrico. A detecção da embriaguez por esse instrumento é visual, pois a reação que ocorre é aoxidação de álcool a aldeído e a redução do dicromato a cromo (III), ou mesmo a cromo (II). Acoloração inicial é amarelo-alaranjada, devido ao dicromato, e a final é verde-azulada, visto sero cromo (III) verde e o cromo (II) azul. Esses bafômetros portáteis são preparados e calibradosapenas para indicar se a pessoa está abaixo ou acima do limite legal. As equações querepresentam a reação química do bafômetro portátil estão no quadro abaixo.A Figura abaixo ilustra o funcionamento desses ‘bafômetros’ descartáveis. Os instrumentos normalmente usados pelas polícias rodoviárias, do Brasil e de outros países,

são instrumentos bem mais sofisticados. Do ponto de vista de detecção/medição, existem



basicamentedois tipos.

A Conservação dos dentes

As mais antigas civilizações, a exemplo dos gregos, romanos, árabes, maias e chineses. Celso(25 aC preocupação em cuidar dos dentes remonta às - 50 dC), que viveu em Roma,

preconizava a extração de dentes de leite para facilitar a erupção do dente permanente no lugarcerto na arcada dentária. As atividades relacionadas aos tratamentos dentários eram,inicialmente, exercidas por pessoas não qualificadas (ambulantes, ciganos, barbeiros, caixeiros-viajantes) e, posteriormente, já no século II da nossa era, por profissionais ligados à medicina. Oaprendizado das práticas odontológicas seguiu os moldes das corporações medievais. Oindivíduo que almejava aprender um ofício associava-se a um mestre que lhe ensinava ossegredos desse ofício. Essa situação permaneceu inalterada por muito tempo, pois a primeiraescola de odontologia do mundo foi criada nos Estados Unidos em 1840. Entre as práticasusadas para a conservação dos dentes, os dentifrícios ocupam um papel importante. O primeirocreme dental surgiu no Egito há cerca de quatro mil anos. Era um material à base de pedra- pomes pulverizada e vinagre, que era esfregado nos dentes com pequenos ramos de arbustos.

No século I da nossa era, os romanos acrescentaram a essa pasta mel, sangue, carvão, olhos decaranguejos, ossos moídos da cabeça de coelhos e urina humana, todos com a finalidade dedeixar os dentes mais brancos.

As cáries dentárias e a alimentação

Na nossa boca existem milhares de microrganismos. Por causa de sua temperatura amena econstante de 36 °C, de sua umidade permanente e pelo fluxo de nutrientes (alimentos) durantealguns períodos do dia, a boca pode ser considerada como um ambiente ideal para a proliferaçãode microrganismos. Qual é a relação entre esses microrganismos, como por exemplo, as

bactérias e as cáries dentárias?



A teoria que relaciona o aparecimento de cáries com o desenvolvimento de colônias de bactériasna boca foi formulada, em 1890, por um cientista americano chamado W.D. Miller. Aexperiência que mostrou o elo entre bactérias e cáries foi a seguinte: Miller colocou um denteextraído em um tubo, adicionou um pouco de saliva e um pedaço de pão. Com o passar dotempo observou que o dente se corroía. Quando ele aquecia a saliva, causando, portanto, a

morte das bactérias, o dente não se corroía. A partir dessas e de outras observações, Millerformulou a hipótese de que a cárie resultava da produção de ácidos orgânicos pelas bactériasorais a partir de um alimento fermentável, como, por exemplo, o pão.

Hoje sabe-se que as bactérias vão lentamente formando um biofilme que se deposita sobre asuperfície do dente. Alimentando-se do açúcar contido nos alimentos (ou formado pela ação dasaliva sobre outras substâncias), as bactérias vão se multiplicando rapidamente, dando origemao que se denomina placa bacteriana. O açúcar, ao ser metabolizado pelas bactérias, étransformado em ácidos orgânicos. Um deles é o ácido lático. Os outros ácidos, em quantidades pequenas, são o acético, o fórmico e o succínico. Deve ser observado que mesmo em dietas pobres em açúcares constata-se também a formação de placas bacterianas.

O pH normal da boca é em torno de 6,8; a desmineralização torna-se predominante a um pHabaixo de 5,5. A diminuição do pH na boca pode ser causada diretamente pelo consumo defrutas ácidas e bebidas, ou indiretamente pela ingestão de alimentos contendo carboidratosfermentáveis que permitem produção de ácidos pelas bactérias. No caso da ingestão de umrefrigerante contendo açúcar, o pH da boca pode atingir um valor abaixo de 5,5 após 10minutos. Ele retorna ao seu valor normal após uma hora, quando o açúcar é removido (ouconsumido).O que pode ser feito para prevenir o aparecimento de cáries? As pastas de dente desempenhamum papel importante nesse processo preventivo, como veremos a seguir.

Os efeitos dos dentifrícios sobre os dentes

Há um ditado que diz: “Em dentes limpos não se formam cáries”. A limpeza dos dentes envolvea escovação com uso de dentifrícios. Mas, do ponto de vista da química, o que é um dentifrício?A principal função do dentifrício é auxiliar na limpeza de superfícies acessíveis dos dentes,

retirando manchas e detritos e dificultando a formação da placa bacteriana.



Assim, podemos perceber que a Química estuda a matéria, as substâncias que aconstituem e as suas transformações.

Hoje, seria impossível viver sem os conhecimentos e a aplicação da Química.Se, de um lado, a aplicação de produtos químicos propiciou o aumento na produçãode alimentos, cosméticos, entre outros, por outro lado, o uso indevido de tais produtos temcausado alterações tão perigosas no meio ambiente a ponto de colocar em risco a manutenção davida na Terra.

POR QUE ESTUDAR QUÍMICA? A Química contribui para a melhora da qualidade de vida das pessoas, se souber usá-lacorretamente. Nosso futuro depende de como vamos usar o conhecimento Químico.A química se relaciona com outras ciências

Ciências Ambientais: Ecologia e Poluição.

Botânica: Agronomia.



Biologia: Anatomia, biologia celular e microbiologia.

Medicina: Farmacologia, radioquímica

A ciência química está voltada para o estudo da matéria, qualquer que seja sua origem. Estuda acomposição da matéria, suas transformações e a energia envolvida nesses processos.Mas, o que é matéria? É tudo aquilo que tem massa e ocupa um lugar no espaço.

A matéria nem sempre é visível. O ar é um exemplo disso. Podemos, através de experimentossimples, constatar que o ar ocupa lugar no espaço.

A matéria pode ter dimensões limitadas, neste caso será um corpo. Se o corpo possui finalidadeespecífica, teremos então um objeto.

Exemplos:

• A madeira, o vidro e o ferro são matérias.• Um pedaço de madeira, um caco de vidro, uma barra de ferro são corpos.

Uma cadeira de madeira, um copo de vidro, um balanço de ferro são objetos.



PROPRIEDADES DA MATÉRIA

Quando olhamos à nossa volta, percebemos que alguns materiais aquecem mais rápidos queoutros e que, outros se quebram com maior facilidade, alguns são verdes outros são incolores,temos materiais com algum odor, etc.

Em outras palavras, a matéria possui algumas características chamadas de propriedades da

matéria. Algumas destas propriedades podem ser observadas em todas as matérias e outras sãocaracterísticas de certo grupo. As propriedades observadas em toda matéria sãodenominadas de propriedades gerais enquanto que aquelas que podemos observar em certogrupo de matéria são chamadas de propriedades específicas.

As propriedades gerais mais importantes são:

EXTENSÃO

Denomina-se extensão à propriedade que a matéria tem de ocupar um lugar no espaço, isto é,toda matéria ocupa um lugar no espaço que corresponde ao seu volume. A unidade padrão devolume é o metro cúbico (m3), mas o litro (L) é também muito usado

MASSA É a quantidade de matéria que forma um corpo. A massa tem como unidade principal o

quilograma (kg).

INÉRCIA É a tendência natural que os corpos têm de manter seu estado de repouso ou de movimentonuma trajetória reta. A medida da inércia de um corpo corresponde à de sua massa. Assim,



quanto maior a massa de um corpo, maior será a sua inércia (apresenta maior resistência àmudança do seu estado de repouso ou de movimento).

IMPENETRABILIDADE É a propriedade que os corpos têm de não poder ocupar um mesmo lugar no espaço ao mesmotempo.

COMPRESSIBILIDADE É a propriedade que os corpos possuem de terem seu volume reduzido quando submetido adeterminada pressão. Isto ocorre porque a pressão diminui os espaços existentes entre as partículas constituintes do corpo.

ELASTICIDADE É a propriedade que um corpo tem de voltar a sua forma inicial, cessada a força a que estavasubmetido. A elasticidade a compressibilidade variam de um corpo para outro.

INDESTRUTIBILIDADE É a propriedade que a matéria tem de não poder ser criada nem destruída, apenas sertransformada. Esta propriedade constitui um dos princípios básicos da química, ciência queestuda as transformações das substâncias.



PROPRIEDADES ESPECÍFICAS

Além das propriedades comuns a todas as matérias, há propriedades específicas que, por suavez, dividem-se em organolépticas, químicas e físicas.

• ORGANOLÉPTICAS

São as propriedades pelas quais certas substâncias impressionam nossos sentidos: Cor,sabor, brilho, odor, etc.

QUÍMICAS

As propriedades químicas são aquelas que caracterizam quimicamente as substâncias. Valedestacar a combustão, a hidrólise e a reatividade.

FÍSICAS

São as propriedades que caracterizam as substâncias fisicamente, diferenciando-as entre si. Asmais importantes são: Ponto de fusão, ebulição, solidificação e condensação.

Também destacamos a solubilidade, a densidade, a solubilidade e a condutibilidade.Uma das propriedades físicas de grande importância é a densidade que corresponde aoquociente entre a massa e o volume de um corpo. Quanto maior for a massa de um corpo porunidade de volume, maior será a sua densidade e vice-versa.



A densidade pode ser medida em: g / mL , g / cm3 , kg / L , etc.

AS TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA

Ao longo do tempo, a humanidade tem observado que, sob certas condições, a matéria setransforma. A própria natureza se encarrega de muitas transformações. Assim, por exemplo: ofrio intenso transforma a água em gelo; o fogo transforma uma árvore em cinzas; com o tempo,os frutos apodrecem; o ferro se enferruja; e até nosso corpo envelhece. Dizemos então que:

Transformação material é toda e qualquer alteração sofrida pela matéria.

FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS

Qualquer modificação que ocorra com a matéria é considerada um fenômeno: águaem ebulição, massa do pão "crescendo", explosão de uma bomba etc.Os fenômenos podem ser classificados em físicos ou químicos.

Fenômenos físicos: não alteram a natureza da matéria, isto é, a sua composição.

Nesses fenômenos, a forma, o tamanho, a aparência e o estado físico podem mudar, porém a constituição da substância não sofre alterações.

Os principais fenômenos físicos são as mudanças de estado físico.

Fenômenos químicos: alteram a natureza da matéria, ou seja, a sua composição.

Quando ocorre um fenômeno químico, uma ou mais substâncias se transformam edão origem a novas substâncias. Então, dizemos que ocorreu uma reação química.Veja o exemplo:

Quando você queima um pedaço de papel, constituído de celulose, ocorrem a formação de umasubstância de cor preta (carvão) e, simultaneamente, a formação de fumaça, constituída principalmente de vapor d’água e gás carbônico. Essas novas substâncias foram formadas pelareação química entre a celulose e o oxigênio do ar. Uma maneira bem simples dereconhecermos a ocorrência de um fenômeno químico é a observação visual de alterações queocorrem no sistema. A formação de uma nova substância está associada à:

1. Mudança de cor. Exemplos: queima de papel; cândida ou água de lavadeira em tecidocolorido; queima de fogos de artifício.



2. Liberação de um gás (efervescência). Exemplos: antiácido estomacal em água; bicarbonato desódio (fermento de bolo) em vinagre.

3. Formação de um sólido. Exemplos: líquido de bateria de automóvel + cal de pedreirodissolvida em água; água de cal + ar expirado pelo pulmão (gás carbônico).

4. Aparecimento de chama ou luminosidade. Exemplos: álcool queimando, luz emitida pelosvaga-lumes.

Porém, algumas reações ocorrem sem essas evidências visuais. A formação de novassubstâncias é constatada pela mudança das propriedades físico-químicas.

UNIDADES DE MEDIDA

Em Química, para realizar qualquer experimento, além dos conceitos básicos de matéria eenergia, também é necessário conhecer algumas unidades de medida. A medida de umagrandeza é um número que expressa uma quantidade, comparada com um padrão previamenteestabelecido. Os múltiplos e submúltiplos do padrão são indicados por prefixos.

MASSA

Massa (m): a quantidade de matéria que existe num corpo.

A determinação da massa de um corpo é feita pela comparação da massa desconhecida dessecorpo com outra massa conhecida, um padrão. Para esta determinação usa-se um aparelhochamado balança.

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 seucomprimento por sua altura e por sua largura.

No SI, a unidade padrão de volume é o metro cúbico (m3). No entanto, a unidade mais usadaem Química é o litro (L).

TEMPERATURA

Temperatura (T): relaciona-se com o estado de agitação das partículas que formamum 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 álcoolcolorido. À medida que a temperatura aumenta, o líquido se expande e se move ao longo dotubo.A graduação do tubo indica a variação de temperatura do líquido. Essa graduação é aescala 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, quecorrespondem, respectivamente, a 0 ºC e 100 ºC. Existem outras escalas de medida paratemperatura, como a Kelvin, recomendada pelo SI e conhecida como escala absoluta.

PRESSÃO



Pressão (P): a relação entre a força exercida na direção perpendicular, sobre uma dadasuperfície, e a área dessa superfície.

A Terra está envolvida por uma camada de ar que tem espessura aproximada de 800 km. Essacamada de ar exerce pressão sobre os corpos: a pressão atmosférica.

Pelo Sistema Internacional (SI), a unidade padrão é o pascal (Pa), que se relaciona com aunidade atmosfera na seguinte proporção:

1 atm = 101 325 Pa ou, aproximadamente, 1 atm 100 kPa

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/cm3); para gases, costuma ser expressa em gramas/litro (g/L).

ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIAToda matéria é constituída de pequenas partículas e, dependendo do maior ou menorgrau de agregação entre elas, pode ser encontrada em três estados físicos: sólido, líquido egasoso.

Cada um dos três estados de agregação apresenta características próprias (comoo volume, a densidade e a forma), que podem ser alteradas pela variação de temperatura(aquecimento ou resfriamento). Quando uma substância muda de estado, sofre alterações nassuas características macroscópicas (volume, forma etc.) e microscópicas (arranjo das partículas),não havendo, contudo, alteração em sua composição.



MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO

Observamos, em nosso cotidiano, que o gelo derrete sob a ação do calor, transformando-se emágua, e que a água ferve, sob a ação de calor mais intenso, transformando-se em vapor d’água.

As transformações de um estado para outro são denominadas mudanças de estado físico damatéria.

O diagrama abaixo mostra as mudanças de estado, com os nomes particulares que

cada uma delas recebe.

Obs. utilizaremos os termos gás e vapor de maneira indistinta.

O esquema resume as seguintes definições:

• Fusão é a passagem do estado sólido para o líquido. S olidificação é o inverso.

• Vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso (gás ou vapor). A vaporização pode ocorrer de três formas diferentes: evaporação, ebulição e calefação.

1- Evaporação é a vaporização lenta, que ocorre na superfície do líquido, sem agitaçãonem surgimento de bolhas.

2- Ebulição é a vaporização rápida, com agitação do líquido e aparecimento de bolhas.

3- Calefação é uma vaporização muito rápida, com gotas do líquido “pulando” em contatocom uma superfície ultra aquecida.

• Liquefação ou Condensação é a passagem do gás ou vapor para o estado líquido.

• Sublimação é a passagem do estado sólido diretamente para o gasoso (e menosfrequentemente usada para a transformação inversa).

Se acompanharmos as mudanças dos estados físicos da água, com um termômetro que permitaregistrar as temperaturas durante o processo de aquecimento, ao nível do mar, iremos notar que:o gelo puro derrete a 0 °C (temperatura ou ponto de fusão do gelo) e a água pura ferve a 1 00 °C(temperatura ou ponto de ebulição da água).



Se estas observações forem transportadas para um gráfico, teremos o chamado diagrama de mudança de estados físicos.

Neste gráfico notamos dois trechos horizontais (dois patamares). O primeiro patamar do gráficoexprime o fato de que a fusão do gelo ocorre à temperatura constante de 0 °C, que é a

temperatura de fusão ou ponto de fusão (P.F.) do gelo. Do mesmo modo, o segundo patamarindica que a ebulição da água ocorre à temperatura constante de 1 00 °C, que é a temperaturade ebulição ou ponto de ebulição (P.E.) da água.

No resfriamento da água, o gráfico será “invertido”:

As temperaturas de fusão (TF) e ebulição (TE) são duas propriedades utilizadas para caracterizar e identificar substâncias puras.

Além das TF e TE, é necessário o conhecimento de uma outra propriedade para seidentificar uma substância: a densidade.

Há várias tabelas contendo os valores de TF, TE e a densidade de muitas substâncias:



CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA

A matéria pode ser classificada em substância ou mistura.

SUBSTÂNCIAS

Como já vimos, um conjunto de átomos com as mesmas propriedades químicas constitui umelemento químico, e cada substância é caracterizada por uma proporção constante desseselementos.A classificação das diferentes substâncias é feita de acordo com sua composição.

Substância pura

Tipo de matéria formada por unidades químicas iguais, sejam átomos, sejam moléculas, e poresse motivo apresentando propriedades químicas e físicas próprias. As substâncias puras podemser classificadas como simples ou compostas.

Substâncias simples

A substância formada por um ou mais átomos de um mesmo elemento químico éclassificada como substância pura simples ou, simplesmente, substância simples.

Substâncias compostas

Quando as moléculas de determinada substância são formadas por dois ou mais elementosquímicos, ela é classificada como substância pura composta ou, simplesmente,substância composta.

MISTURAS

Se a matéria for constituída por mais de um tipo de molécula teremos uma mistura.

Mistura: é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas sendo denominadacomponente.



Como as misturas apresentam composição variável, têm propriedades (como pontode fusão, ponto de ebulição, densidade) diferentes daquelas apresentadas pelas substânciasquando estudadas separadamente.

A maioria dos materiais que nos cercam são misturas. O ar que respiramos, porexemplo, é formado por uma mistura de três tipos principais de gases:• gás nitrogênio (N2) = 78%;

• gás oxigênio (O2) = 21%;

• gás argônio (Ar) 1%;

• gás carbônico (CO2) 0,03%.

Observação:Estamos considerando o ar seco, na ausência de poluentes.

Quando observamos e estudamos uma “porção limitada da matéria, passamos a chamá-la desistema em estudo”. Veremos então que alguns sistemas se apresentam uniformes, como aágua límpida, o leite, um fragmento de ouro etc., e outros não-uniformes, como uma pedra que possui pontos claros e pontos escuros, um pedaço de madeira com veios de diferentes cores etc.Em decorrência dessas observações, surgiu a seguinte classificação:

• sistemas homogêneos: os que se apresentam uniformes e com características iguais em todosos seus pontos;

• sistemas heterogêneos: os que não se apresentam uniformes nem têm características iguaisem todos os seus pontos.

É importante notar que o critério de diferenciação entre homogêneo e heterogêneo é relativo, pois depende da aparelhagem de que dispomos para nossas observações. Assim, à medida que

vão sendo construídos microscópios mais potentes, vamos notando que muitos sistemas que nos pareciam homogêneos são, na realidade, heterogêneos. Agora, você já começa a compreender por que a ciência exige, muitas vezes, o uso de aparelhos sofisticados.

TIPOS DE MISTURAS

De acordo com o aspecto visual de uma mistura, podemos classificá-la em funçãodo seu número de fases:

Fase: cada uma das porções que apresenta aspecto visual homogêneo (uniforme), oqual pode ser contínuo ou não, mesmo quando observado ao microscópio comum.

Considere as seguintes misturas:



Dessa maneira, as misturas são classificadas em função de seu número de fases:

Mistura homogênea: toda mistura que apresenta uma única fase.

As misturas homogêneas são chamadas soluções. Alguns exemplos: água de torneira, vinagre,ar, álcool hidratado, pinga, gasolina, soro caseiro, soro fisiológico e algumas ligas metálicas.Além dessas, todas as misturas de quaisquer gases são sempre misturas homogêneas.

Mistura heterogênea: toda mistura que apresenta pelo menos duas fases.

Alguns exemplos de misturas heterogêneas: água e óleo, areia, granito, madeira,sangue, leite, água com gás. As misturas formadas por n sólidos apresentam n fases, desde queestes sólidos não formem uma liga ou um cristal misto. Independentemente de uma amostra dequalquer material ser uma substância ou uma mistura, ela será denominada um sistema.



UM PEQUENO RESUMO:

SEPARANDO OS COMPONENTES DE UMA MISTURA

Na natureza, as substâncias são, em geral, encontradas misturadas umas às outras. Por estemotivo, para obter as substâncias puras é necessário separá-las. Podemos usar vários processos para separar os componentes de uma mistura:

LEVIGAÇÃO: É usada para componentes de misturas de sólidos, quando um dos componentes é facilmentearrastado pelo líquido.

Exemplo: Separação do ouro das areis auríferas



CATAÇÃO:

É método rudimentar baseado na diferença de tamanho e aspecto das partículas de uma misturade sólidos granulados. Utilizamos as mãos ou pinças na separação dos componentes.Exemplo: Separação das bolas por cores.

VENTILAÇÃO:

Consiste em separar os componentes da mistura por uma corrente de ar, que arrasta ocomponente mais leve.

Exemplo: Separação dos grãos do café de suas cascas.

PENEIRAÇÃO OU TAMISAÇÃO:

É usada para separar componentes de misturas de sólidos de tamanhos diferentes; passa-se amistura por uma peneira.

Exemplo: Separação da areia dos pedregulhos

FLOTAÇÃO:

Consiste em colocar a mistura de dois sólidos em um líquido de densidade intermediária entreos mesmos.

Exemplo: Separação do isopor da areia.



DISSOLUÇÃO FRACIONADA:

Consiste em colocar a mistura em um líquido que dissolva apenas um dos componentes.Exemplo: Separação do sal da areia.

SEPARAÇÃO MAGNÉTICA:

Consiste em passar a mistura pela ação de um imã.

Exemplo: Separação de limalha de ferro da areia.

FILTRAÇÃO:

Consiste em passar a mistura por uma superfície porosa (filtro), que deixa passar o componentelíquido ou gasoso, retendo a parte sólida da mistura.

EVAPORAÇÃO:

Consiste em deixar a mistura em repouso sob a ação do sol e do vento até que o componentelíquido passe para o estado de vapor, deixando apenas o componente sólido.

Exemplo: Obtenção do sal a partir da água do mar



DECANTAÇÃO:

Consiste em deixar a mistura em repouso até que o componente mais denso se deposite nofundo do recipiente.

Exemplo: A poeira formada sob os móveis.

Quando os componentes da mistura heterogênea são líquidos imiscíveis usamos o funil dedecantação ou funil de bromo para separá-los.

CENTRIFUGAÇÃO:

Consiste em colocar a mistura em um aparelho chamado centrífuga, que acelera a decantação,usando a força centrífuga.

DESTILAÇÃO:

A destilação é um processo que se utiliza para separar os componentes de uma misturahomogênea e pode ser dividida em destilação simples e destilação fracionada.

DESTILAÇÃO SIMPLES: Consiste em aquecer uma mistura homogênea deum líquido com um sólido, até que o componente líquido sofra, totalmente, vaporização seguida

de condensação, ficando no balão de destilação o componente sólido.Exemplo: Obtenção da água pura a da água do mar

DESTILAÇÃO FRACIONADA: Consiste em aquecer uma mistura homogênea dedois líquidos com ponto de ebulição diferentes, até que o líquido de menor ponto de ebuliçãosofra vaporização seguida de uma condensação. Exemplo: Purificação do álcool retirando água.



EQUAÇÕES QUÍMICAS

Como já vimos, as substâncias são representadas por fórmulas, que indicam os elementosconstituintes através de símbolos, e as quantidades de átomos através de índices. As reaçõesquímicas são representadas por equações químicas, que mostram as fórmulas das substâncias participantes, em proporções adequadas.

Esquematicamente:

Como uma reação é um rearranjo dos átomos, é necessário que:

Nº total de átomos dos reagentes = Nº total de átomos dos produtos

Sempre que o número total de átomos dos reagentes for igual ao dos produtos, diz-se que aequação está balanceada.

Veja um exemplo de equação química balanceada:

Os números colocados na frente das fórmulas, denominados coeficientes, indicam a quantidadede partículas que participam da reação.

Exercícios:

01) Na química temos alguns conceitos básicos. Estes conceitos são:

a) substâncias e misturas.

b) átomos e moléculas.

c) coisa e matéria.

d) matéria, corpo e objeto.

e) reações químicas.



02) As partículas fundamentais de um átomo são:

a) apenas prótons.

b) apenas prótons e nêutrons.

c) apenas elétrons.

d) prótons, nêutrons e elétrons.

e) apenas prótons e elétrons.

03) Assinale a afirmação falsa:

a) No núcleo dos átomos encontramos prótons e elétrons.

b) Os elétrons estão localizados na eletrosfera.

c) O núcleo é a região central do átomo.

d) Prótons e elétrons possuem cargas elétricas opostas.e) Os prótons têm carga positiva.

04) É correto afirmar sobre a partícula fundamental do átomo de carga elétrica positiva que:

a) Localiza-se na eletrosfera.

b) Possui carga elétrica oposta à do nêutron.

c) Chama-se próton.

d) Possui massa desprezível.

e) Tem massa desprezível.05) Uma das partículas fundamentais do átomo localiza-se no núcleo, tem carga relativa positivae unitária e massa relativa igual a 1. Esta partícula chama-se:

a) elétron.

b) nêutron.

c) neutrino.

d) próton.

e) substância.06) Uma gota da substância pura água pode ser dividida, sem perder suas propriedadesespecíficas, até ficar reduzida a:

a) duas substâncias simples.

b) uma molécula.

c) átomos.

d) prótons.

e) uma mistura.

07) Massa, extensão e impenetrabilidade são exemplos de:



a) propriedades funcionais.

b) propriedades químicas.

c) propriedades particulares.

d) propriedades físicas.

e) propriedades gerais.

08) Qual das propriedades a seguir são as mais indicadas para verificar se é pura uma certaamostra sólida de uma substância conhecida?

a) ponto de ebulição e densidade.

b) ponto de fusão e dureza.

c) cor e densidade.

d) ponto de fusão e visão.

e) cor e paladar.

09) Densidade é uma propriedade definida pela relação:

a) massa / pressão

b) massa / volume

c) massa / temperatura

d) pressão / temperatura

e) pressão / volume

10) Com relação às propriedades da matéria e às mudanças de fase das substâncias e dasmisturas, é FALSO afirmar:

a) Cor, odor e sabor são propriedades químicas.

b) Densidade, solubilidade, temperatura de ebulição e temperatura de fusão são propriedades usadas na identificação de uma substância.

c) As substâncias, durante a mudança de fase, mantêm a temperatura constante.

d) As propriedades químicas podem ser usadas como critério na determinação de grau de pureza das substâncias.

e) A densidade é uma propriedade física da matéria

11) Qual alternativa tem apenas substâncias simples?

a) Fe, O3 e H2O2.

b) CO, NaOH e NaCl .

c) He, H2 e CO.

d) O2, N2 e Ag.

e) H2O2, H2O e NH3.



12) Quantas substâncias simples existem entre as substâncias de fórmula O3, H2O2, P4, I 2,C2H4, CO2 e He?

a) 5.

b) 4.

c) 3.

d) 2.

e) 1.

13) A seqüência a na qual todas as substâncias simples apresentam atomicidades diferentesentre si é:

a) H2, H2O, H2O2, O2.

b) S8, Fe, O2, P4.

c) F2, Al , N2, O3.

d) CH4, CCl 4, H2SO4, HCl O4.

e) Fe, N2, O3, Ag.

14) Em que grupo tem apenas substâncias compostas:

a) NaOH, H2 e HCl .

b) H2O, H2SO4 e NaHCO3.

c) Cl 2, O2 e H2.

d) Cl 2, HCl e O2.

e) Ag, Au e CO.

15) Sobre substâncias simples são formuladas as seguintes proposições:

I. São formadas por um único elemento químico.

II. Suas fórmulas são representadas por dois símbolos químicos.

III. Podem ocorrer na forma de variedades alotrópicas

IV. Não podem formar misturas com substâncias compostas.

São FALSAS, apenas:

a) I e II.

b) I e III.

c) II e III.

d) II e IV.

e) I, III e IV.



16) Uma substância X é decomposta em duas substâncias W e Y; estas, por sua vez, não podemser decompostas em outras substâncias. Com relação a esse fenômeno, podemos afirmar que:

a) X é uma substância simples.

b) W e Y são substâncias simples.

c) W é uma substância simples e Y é uma substância composta.

d) W e Y são substâncias compostas.

e) X, W e Y são substâncias compostas.

17) Sobre o bicarbonato de sódio (NaHCO3), afirma-se que é:

a) substância composta e tem quatro átomos em sua molécula.

b) substância composta, sendo constituída por seis átomos.

c) substância simples.

d) substância simples formada por quatro elementos químicos.

e) uma substância composta formada por três substâncias.

18) A combustão do gás de cozinha (gás butano) é representada pela equação química abaixo:C4H10 + 13 / 2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O

O número de substâncias simples e o número de substâncias compostas presentes nesta reaçãosão, respectivamente:

a) 1 e 1.

b) 1 e 2.c) 1 e 3.

d) 3 e 1.

e) 4 e 0.

19) O gás carbônico (CO2) é:

a) uma substância simples.

b) formado por dois elementos.

c) elemento químico.

d) uma mistura homogênea.

e) mistura heterogênea.

20) Representa uma mistura heterogênea o sistema:

a) gasolina e água.

b) álcool e água.

c) gasolina e álcool.

d) água e sal de cozinha.



e) açúcar e água.

21) Representa uma mistura homogênea e uma substância simples o grupo:

a) água + sal e H2.

b) água + óleo e NaCl .

c) ar atmosférico e H2O.

d) água + álcool e H2O.

e) água + gasolina e H2.

22) A água mineral filtrada (sem gás) é:

a) uma substância pura.

b) uma mistura heterogênea.

c) uma mistura homogênea.d) uma substância composta.

e) um elemento químico.

23) Indique a alternativa FALSA:

a) Um sistema contendo apenas água e um pouco de açúcar forma uma misturahomogênea.

b) Uma substância pura sempre constituirá um sistema monofásico.

c) A água e o álcool etílico formam misturas homogêneas em quaisquer proporções.

d) A água do filtro é uma mistura homogênea.

e) Toda mistura homogênea tem uma única fase.

24) Considere a tabela de pontos de fusão e ebulição das substâncias a seguir, a 1 atm de pressão:

A 50°C, encontram-se no estado líquido:

a) cloro e flúor.

b) cloro e iodo.

c) flúor e bromo.

d) bromo e mercúrio.

e) mercúrio e iodo.



25) Como se chama a mudança do estado líquido para sólido?

a) solidificação.

b) transformação.

c) vaporização.

d) sublimação.

e) passagem.

26) Dada a tabela a seguir, em relação à fase de agregação das substâncias (pressão = 1 atm), aalternativa correta é:

a) I é líquido a 30°.

b) II é gasoso a 25°C.

c) III é sólido a 25°C.

d) IV é líquido a 480°C.

e) V é gasoso a 2400°C.

27) A sensação de “gelado” que sentimos ao passar um algodão embebido em acetona na mão édevida a:

a) sublimação da acetona.

b) insolubilidade da acetona em água.

c) mudança de estado da acetona, que é um fenômeno exotérmico.

d) liquefação da acetona.

e) evaporação da acetona, que é um fenômeno endotérmico.

28) Evaporação, calefação e ebulição são exemplos de:a) passagem do estado líquido para o de vapor

b) passagem do estado sólido para o de vapor

c) transformações que não dependem da substância e da temperatura do sistema

d) obtenção de substâncias puras

e) passagem do estado sólido para o vapor, diretamente, sem passar pelo estado líquido.

29) Observe os fatos abaixo:

I) Uma pedra de naftalina deixada no armário.



II) Uma vasilha com água deixada no freezer.

III) Uma vasilha com água deixada no sol.

IV) O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido.

Nesses fatos estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos:

a) I. Sublimação; II. Solidificação; III. Evaporação; IV. Fusão.

b) I. Sublimação; II. Sublimação; III. Evaporação; IV. Solidificação.

c) I. Fusão; II. Sublimação; III. Evaporação; IV. Solidificação.

d) I. Evaporação; II. Solidificação; III. Fusão; IV. Sublimação.

e) I. Evaporação; II. Sublimação; III. Fusão; IV. Solidificação.

30) (Cesgranrio-RJ) Numa das etapas do tratamento da água que abastece uma cidade, a água émantida durante um certo tempo em tanques para que os sólidos em suspensão se depositem no

fundo. A essa operação denominamos:

a) filtração.

b) sedimentação.

c) sulfonação.

d) centrifugação.

e) cristalização.

31) O “funil de bromo”, também chamado de funil de decantação, é útil para separarmos uma

mistura de:a) água e glicose dissolvida.

b) água e álcool.

c) água e gasolina, dois líquidos imiscíveis.

d) água e areia.

e) areia e pó de ferro.

32) (Vunesp-SP) Na preparação do café, a água quente entra em contato com o pó e é separadano coador. As operações envolvidas nessa separação são, respectivamente:

a) destilação e decantação.

b) filtração e destilação.

c) destilação e coação.

d) extração e filtração.

e) extração e decantação.

33) (Unicamp-SP) Em uma república estudantil, um dos moradores deixou cair óleo comestívelno recipiente que contém sal de cozinha. Considerando que o sal não é solúvel no óleo, mas

solúvel em água, como será possível recuperar o sal e o óleo, deixando-os novamente emcondições de uso?



34) (UNI-RIO) Uma mistura formada por gasolina, água, serragem e sal de cozinha pode serseparada nos seus diversos componentes seguindo-se as seguintes etapas:

a) filtração, decantação e destilação.

b) catação e decantação.

c) sublimação e destilação.

d) prensagem e decantação.

e) destilação e decantação.

35) O esquema a seguir mostra o tradicional alambique usado para preparar bebidas alcoólicas provenientes da fermentação de açúcares ou cereais.

Esquematize uma aparelhagem de laboratório que possa substituir o alambique, dê o nomede cada aparelho e explique sua utilização.

36) (Fuvest-SP) Uma mistura sólida é constituída de cloreto de prata (AgCl), cloreto de sódio(NaCl) e cloreto de chumbo (PbCl2). A solubilidade desses sais, em água, está resumida natabela a seguir:

Baseando-se nestes dados de solubilidade, esquematize uma separação desses três sais queconstituem a mistura.

37) Dadas as afirmações:

I — O líquido A contém mais de uma fase.II — O sólido B é uma mistura heterogênea.

III — A mistura (líquido A + sólido B) contém quatro componentes e duas fases.

Está(ão) correta(s) a(s) afirmação(ões):

a) I, II e III;

b) I e II, somente;

c) I e III, somente;

d) somente II;e) nenhuma delas.



38) Classifique os fenômenos em físicos ou químicos:

a) secagem de roupa pendurada no varal;

b) desaparecimento de bolinhas de naftalina colocadas em armários;

c) produção do álcool a partir da cana-de-açúcar;

d) produção de vinho a partir da uva;

e) queima de um fósforo;

f) batida de carros;

g) explosão após uma batida de carros;

h) produção da gasolina a partir do petróleo;

i) queima da gasolina.

39) (UFMG) A alternativa que não envolve reação química é:a) Caramelização do açúcar.

b) Combustão da lenha.

c) Dissolução em água de um comprimido efervescente.

d) Explosão da dinamite.

e) Precipitação da chuva.

40) (UFSC) O(s) fenômeno(s) a seguir, que envolve(m) reação(ões) química(s), é(são):

(01) digestão dos alimentos.(02) enferrujamento de uma calha.

(04) explosão da dinamite.

(08) fusão do gelo.

(16) queda da neve.

(32) combustão do álcool de um automóvel.

(64) sublimação da naftalina.

Indique a soma dos itens corretos.

41) (UFMG) Um estudante listou os seguintes processos como exemplos de fenômenos queenvolvem reações químicas:

I — adição de álcool à gasolina;

II — fermentação da massa na fabricação de pães;

III — obtenção de sal por evaporação da água do mar;

IV — precipitação da chuva;

V — queima de uma vela.O número de erros cometidos pelo estudante é:



a) 0. b) 1. c) 2. d) 3. e) 4.42) (PUC-MG) Todos os fenômenos a seguir são químicos, exceto:

a) ação do fermento sobre a massa de pão;

b) combustão do magnésio;

c) comprimido efervescente dissolvido na água;

d) formação de azinhavre em objetos de cobre;

e) destilação da água.

O NASCIMENTO DA QUÍMICA

Observando a queima de um pedaço de carvão, temos a impressão de que ele desaparece. Essa

impressão, porém, está errada, pois estamos nos esquecendo da matéria que escapa nas chamas,durante a combustão. Quando uma esponja de aço se enferruja, sua massa aumenta. Será quehouve “criação” de matéria? Não. Ocorre que o oxigênio do ar reage com o ferro da esponja,durante o enferrujamento, produzindo aumento na massa total da esponja de aço.

A lei de Lavoisier

No final do século XVIII, o cientista Antoine Lavoisier realizou uma série de experiências emrecipientes fechados (para que não entrasse nem escapasse nada do sistema em estudo) e,efetuando pesagens com balanças mais precisas do que as dos cientistas anteriores, concluiu:

No interior de um recipiente fechado, a massa total não varia, quaisquer que sejam astransformações que venham a ocorrer.

Tal afirmativa é uma lei da Natureza, descoberta por Lavoisier e que, por esse motivo, ficouconhecida como lei de Lavoisier (ou lei da conservação da massa, ou lei da conservação da matéria).

Por exemplo: verifica-se que 3 gramas de carbono reagem com 8 gramas de oxigênio, produzindo 11 gramas de gás carbônico. Como 3 g " 8 g % 11 g, conclui-se que nadase perdeu.

A lei de Lavoisier, portanto, pode ser enunciada também da seguinte maneira:

A soma das massas antes da reação é igual à soma das massas após a reação.

Ou ainda:

Na natureza, nada se perde, nada se cria; a matéria apenas se transforma.

A lei de Proust

Quase na mesma época de Lavoisier, Joseph Louis Proust, efetuando também uma grande sériede pesagens em inúmeras experiências, chegou à seguinte conclusão:

Uma determinada substância composta é formada por substâncias mais simples, unidas semprena mesma proporção em massa.



Por exemplo, observa-se que o gás carbônico é sempre formado por carbono e oxigênio, everifica-se também que: 1 a experiência: 3 g de carbono (C) se unem a 8 g de oxigênio (O2), produzindo 11 g de gás carbônico (CO2); 2a experiência: 6 g de carbono (C) se unem a 1 6 g deoxigênio (O2), produzindo 22 g de gás carbônico (CO2).

Veja que, na 1 a experiência, a proporção entre as massas é de 3 : 8 : 11 . Na 2a experiência, éde 6 : 1 6 : 22. Nesta última, os números mudaram, mas obedecendo à relação: 6 é o dobro de 3;1 6 é o dobro de 8; e 22 é o dobro de 11 . Enfim, os números mudaram, mas a proporção é amesma, como se diz em Matemática. Essa conclusão é chamada de lei de Proust ou lei dasproporções constantes (ou fixas ou definidas). As duas leis enunciadas — a de Lavoisier e ade Proust — são denominadas leis ponderais, porque falam em massa das substânciasenvolvidas. São leis importantíssimas, pois marcam o início (nascimento)da Química como ciência.

A HIPÓTESE DE DALTON

Para explicar os fatos experimentais observados nas duas lei s ponderais vistas anteriormente, ocientista inglês John Dalton imaginou a seguinte hipótese:

Todo e qualquer tipo de matéria é formado por partículas indivisíveis, chamadas átomos.Para entendermos a relação entre essa hipótese e as leis ponderais (com os mesmos dados

utilizados nas páginas 50 e 51 ), imagine o átomo de carbono representado por (econsidere sua massa estabelecida arbitrariamente neste exemplo, em 3 g), e o átomo de oxigênio

representado por (com massa também arbitrária de 4 g).

A lei de Lavoisier seria explicada do seguinte modo:

A lei de Proust seria explicada da seguinte maneira:

Da 1 a experiência para a 2a, a quantidade de átomos dobrou; como conseqüência, todas asmassas duplicaram.

Atualmente, com técnicas avançadíssimas, já é possível ter uma visão do átomo. Desde o séculoXIX, muitas experiências confirmam a existência do átomo.



Podemos também dizer que Dalton criou um modelo para o átomo, hoje chamado de modelo atômico de Dalton.

5 OS ELEMENTOS QUÍMICOS E SEUS SÍMBOLOS

Apesar de conhecermos uma infinidade de materiais diferentes, os cientistas só conhecem, atéhoje, pouco mais de uma centena de tipos de átomos quimicamente diferentes. Cada um dessestipos representa um elemento químico. Cada elemento químico recebe um nome e uma

abreviação chamada símbolo. Por exemplo:

Os símbolos foram introduzidos na Química pelo cientista sueco Jöns Jacob Berzelius, em 1813, para facilitar a escrita e a comunicação entre os químicos. Não é necessário decorar todosesses nomes e símbolos.

1) Você não é obrigado a saber, de cor, os nomes e os símbolos de todos os elementos químicos.Entretanto é útil conhecer os nomes e os símbolos dos elementos mais comuns.Sendo assim, responda quais são os símbolos dos seguintes elementos:

a) hidrogênio f) potássio

b) carbono g) fósforo

c) cálcio h) chumbo

d) cádmio i) flúor

e) cromo j) ferro

2) Como no exercício anterior, escreva os nomes dos seguintes elementos químicos:

a) Na f) Cl

b) S g) Brc) Si h) Al



d) Sn i) Ag

e) Au j) Hg

3) (Vunesp) Os nomes latinos dos elementos chumbo, prata e antimônio dão origem aossímbolos químicos desses elementos. Esses símbolos são, respectivamente:

a) P, Ar, Sr

b) Pm, At, Sn

c) Pb, Ag, Sb

d) Pu, Hg, Si

e) Po, S, Bi

4) (UFPI) Durante a formação de pepitas de ouro a elas se incorporam vários elementos, comocádmio, chumbo, telúrio e zinco. As quantidades e os tipos de impureza desses elementos, na

amostra de ouro, variam de acordo com a localização de onde o ouro foi extraído. Essasinformações podem ser utilizadas para investigar roubo ou falsificação de objetos de ouroapresentados como antigüidade. Indique a opção que apresenta corretamente o símbolo doselementos acima citados:

a) Ca, Cm, Te e Zn.

b) Cd, Pb, Te e Zn.

c) Cm, Sb, Tl e Sn.

d) Cm, Pb, Tl e Zn.

e) Cd, Pb, Te e Sn.

EXPLICANDO A MATÉRIA — AS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS

A hipótese de Dalton e o reconhecimento de que existem cerca de 90 elementos químicos(átomos) diferentes na natureza levam a uma pergunta muito importante: por que existe umavariedade tão grande de materiais na natureza? Porque esses átomos, além de permaneceremisolados, podem se reunir das mais variadas maneiras, formando uma infinidade deagrupamentos diferentes, que podem ser moléculas ou aglomerados de íons. Cada molécula (ecada aglomerado iônico) passa, então, a representar uma substância pura (ou espécie química) bem definida. Cada substância, por sua vez, é representada por uma abreviação denominadafórmula.

Considere o exemplo da água . Hoje, sabemos que a água é formada por moléculas, onde estãoreunidos um átomo de oxigênio com dois átomos de hidrogênio. Pode-se, portanto, representar a

molécula da água da seguinte maneira: .

Como decorrência, a fórmula da água será H2O, onde aparecem os símbolos do hidrogênio e dooxigênio, além do índice 2, que indica a presença de dois átomos de hidrogênio na molécula deágua.A tabela seguinte nos dá mais alguns exemplos:



Nos exemplos acima você notou que, em cada molécula, encontramos um certo número deátomos ligados entre si. Nos aglomerados iônicos existem os chamados íons, que são átomos ougrupo de átomos carregados eletricamente. Por exemplo, no sal de cozinha existem íons positivos (chamados de cátions) de sódio, Na+, e íons negativos (chamados de ânions) de cloro,Cl-. Nas substâncias iônicas não existem moléculas, mas aglomerações de um grande número de

íons positivos e negativos, que se mantêm reunidos em virtude da atração elétrica.Agora é fácil entender porque, com poucos átomos (elementos) diferentes entre si, podemosobter milhares de moléculas (substâncias) distintas. Isso explica o grande número de substânciasdiferentes existentes na natureza.

NÚMERO ATÔMICO (Z)

Os diferentes tipos de átomos (elementos químicos) são identificados pela quantidade de prótons (P) que possui. Esta quantidade de prótons recebe o nome de número atômico e érepresentado pela letra Z.



Verifica-se que em um átomo o n.º de prótons é igual ao n.º de elétrons (E), isto faz comque esta partícula seja um sistema eletricamente neutro.

NÚMERO DE MASSA (A)

Outra grandeza muito importante nos átomos é o seu número de massa (A), que corresponde àsoma do número de prótons (Z ou P) com o n.º de nêutrons (N).

Com esta mesma expressão poderemos, também calcular o n.º atômico e o n.º de nêutrons doátomo.

ELEMENTO QUÍMICO

É o conjunto de átomos que possuem o mesmo número atômico. Os elementos químicos sãorepresentados por símbolos, que podem ser constituído por uma ou duas letras. Quando o símbolo do elemento é constituído por uma única letra, esta deve sermaiúscula. Se for constituída por duas letras, a primeira é maiúscula e a segundaminúscula.Alguns símbolos são tirados do nome do elemento em latim.

Exercício:

01) Qual é a principal propriedade que caracteriza um elemento químico?

a) Número de massa

b) Número de prótons

c) Número de nêutrons

d) Energia de ionização

e) Diferença entre o número de prótons e de nêutrons

02) Um átomo que possui 20 prótons, 22 nêutrons e 20 elétrons apresenta, respectivamente,número atômico e número de massa iguais a:

a) 20 e 20.



b) 20 e 22.

c) 22 e 20.

d) 20 e 42.

e) 42 e 20.

03) Um átomo de certo elemento químico tem número de massa igual a 144 e número atômico70. Podemos afirmar que o número de nêutrons que encontraremos em seu núcleo é:

a) 70.

b) 74.

c) 144.

d) 210.

e) 284.

04) Os símbolos dos elementos químicos flúor, prata, ferro, fósforo e magnésio são,respectivamente:

a) F, P, Pr, K e Hg.

b) Fr, Ag, F, Po e Mo.

c) F, Ag, Fe, P e Mg.

d) Fe, Pt, Fm, F e Mg.

e) F, Pr, Fe, P e Mn.

05) A substância de uso cotidiano “soda cáustica” é representada pela fórmula NaOH. Oselementos constituintes deste composto são:

a) potássio, oxigênio e hidrogênio.

b) prata, ósmio e hélio.

c) sódio, oxigênio e hidrogênio.

d) ouro, oxigênio e hidrogênio.

e) sódio, ozônio e hidrogênio.

06) Com relação às características do átomo e ao conceito de elemento químico, assinale aafirmação correta:

a) Um elemento químico é caracterizado pelo número de massa.

b) Os átomos de um mesmo elemento químico obrigatoriamente devem apresentar o mesmonúmero de nêutrons.

c) Na eletrosfera, região que determina a massa do átomo, encontram-se os elétrons.

d) O número de massa é a soma do número de prótons com o número de elétrons.

e) Um elemento químico é constituído de átomos de mesma carga nuclear.

07) Um elemento químico é caracterizado pelo(a) ...



I) número atômico.

II) carga nuclear.

III) número de nêutrons.

IV) número de massa.

V) símbolo.

Estão corretos os itens:

a) I, II e IV.

b) I, II e V.

c) I, II, IV e V.

d) III, IV e V.

e) I, II, III, IV e V.

A experiência de Rutherford

Para verificar se os átomos eram maciços, Rutherford bombardeou uma finíssima lâmina deouro (de aproximadamente 0,0001 cm) com pequenas partículas de carga elétrica positiva,denominadas partículas alfa (α), emitidas por um material radioativo.

As observações feitas durante o experimento levaram Rutherford a tirar uma série deconclusões:



A comparação do número de partículas que atravessavam a lâmina com o número de partículasque voltavam levou Rutherford a concluir que o raio do átomo é 10 mil vezes maiorque o raio do núcleo. A partir dessas conclusões, Rutherford propôs um novomodelo atômico, semelhante ao sistema solar.

ÍONS

Os átomos apresentam a capacidade de ganhar ou perder elétrons, formando novossistemas, eletricamente carregados, denominados íons.

Íon: a espécie química que apresenta o número de prótons diferente do número de elétrons.

Os átomos, ao ganharem ou perderem elétrons, originam dois tipos de íons:

• íons positivos = cátions;

• íons negativos = ânions.

Íons positivos ou cátions

Os cátions formam-se quando um átomo perde um ou mais elétrons, resultandonum sistema eletricamente positivo, em que o número de prótons é maior que o número deelétrons.Aplicando essa definição ao átomo de magnésio (Mg), que apresenta Z = 12, temos:

A espécie química Mg2+ é denominada cátion bivalente ou íon bivalente positivo.

Íons negativos ou ânions

Os ânions formam-se quando um átomo ganha ou recebe um ou mais elétrons, resultando numsistema eletricamente negativo, em que o número de prótons é menor que o número de elétrons.

Aplicando essa definição ao átomo de flúor (F), que apresenta Z = 9, temos:

A espécie química F – é denominada ânion monovalente ou íon monovalente negativo.

NOTAÇÃO GERAL DO ELEMENTO QUÍMICO

É comum usarmos uma notação geral para representá-lo. Nesta notação encontraremos, além dosímbolo, o n.º atômico (Z) e o n.º de massa (A).



O n.º de massa poderá ficar no lado superior esquerdo do símbolo.

Exemplo: 80Hg201 Isto indica que o átomo de Mercúrio possuinúmero de massa 201, número atômico 80, possui ainda 80 prótons, 80 elétrons e 121 nêutrons.

Exercícios:

01) O número de prótons, de elétrons e de nêutrons do átomo 17Cl 35 é, respectivamente:

a) 17, 17 e 18.

b) 35, 17 e 18.

c) 17, 18 e 18.

d) 17, 35 e 35.

e) 52, 35 e 17.

02) Dentre as espécies químicas: 5B9, 5B10, 5B11 6C10, 6C12, 6C14. As que representam átomoscujos núcleos possuem 6 nêutrons são:

a) 6C10 e 6C12

b) 5B11 e 6C12

c) 5B9 e 6C14

d) 5B10 e 5B11

e) 5B10 e 6C14

03) As representações 1H1, 1H2 e 1H3 indicam átomos de hidrogênio com números diferentes de:

a) atomicidade.

b) valência.

c) elétrons.

d) prótons.

e) nêutrons.

05) Observe a tabela abaixo:

Os valores corretos de A, B, C, D e E são, respectivamente:

a) 13, 14, 15, 16 e 31.



b) 14, 14, 13, 16 e 30.

c) 12, 12, 15, 30 e 31.

d) 13, 13, 14, 15 e 31.

e) 15, 15, 12, 30 e 31.

06) Preencha as lacunas da seguinte tabela:

Lendo da esquerda para a direita, formar-se-á, com os números inseridos, a seguinte seqüência

numérica:a) 90, 142, 17, 36.

b) 142, 90, 19, 36.

c) 142, 90, 36, 17.

d) 90, 142, 36, 17.

e) 89, 152, 7, 36.

07) Um átomo “M”, eletricamente neutro, possui número de massa igual a “3x” e (x + 1 )elétrons na eletrosfera. Sabendo-se que o núcleo de “M” tem cinco nêutrons, o valor de “x” é:

a) 3.

b) 4.

c) 5.

d) 6.

e) 8.

COMPARANDO ÁTOMOS

Comparando-se dois ou mais átomos, podemos observar algumas semelhanças entre eles. Adepender da semelhança, teremos para esta relação uma denominação especial.



ISÓTOPOS

É quando os átomos comparados possuem mesmo n.º atômico e diferente número de massa. Neste caso, os átomos são de mesmo elemento químico e apresentam também números denêutrons diferentes.

Exemplos:

1H1, 1H2, 1H3 (isótopos do hidrogênio).

6C12, 6C13, 6C14 (isótopos do carbono).

Os demais isótopos são identificados pelo nome do elemento químico seguido do seurespectivo n.º de massa, inclusive os isótopos do hidrogênio.

6C12 é o carbono 12



Átomos isótopos pertencem ao mesmo elemento químico.

OS NOVOS MODELOS ATÔMICOS

Depois de Rutherford ter proposto seu modelo, os cientistas direcionaram seus estudos para adistribuição dos elétrons na elestrofera. Fizeram progressos levando em conta conhecimentosanteriores. Há muito tempo os químicos já sabiam que os compostos de sódio emitem uma luzamarela quando submetidos a uma chama. Em 1855, Robert Bunsen verificou que diferenteselementos, submetidos a uma chama, produziam cores diferentes.

O estudo da luz conseguida dessa maneira permitiu a obtenção doschamados espectros descontínuos, característicos de cada elemento. A cada cor desses espectros

foi associada certa quantidade de energia.



Em 1913, Niels Böhr (1885-1962) propôs um novo modelo atômico, relacionando adistribuição dos elétrons na eletrosfera com sua quantidade de energia.

O MODELO ATÔMICO DE BÖHR

Esse modelo baseia-se nos seguintes postulados:

1. Os elétrons descrevem órbitas circulares ao redor do núcleo.

2. Cada uma dessas órbitas tem energia constante (órbita estacionária). Os elétrons que estãosituados em órbitas mais afastadas do núcleo apresentarão maior quantidade de energia.

3. Quando um elétron absorve certa quantidade de energia, salta para uma órbita maisenergética. Quando ele retorna à sua órbita original, libera a mesma quantidadede energia, na forma de onda eletromagnética (luz). Essas órbitas foram denominadas níveis deenergia. Hoje são conhecidos sete níveis de energia ou camadas, denominadasK, L, M, N, O, P e Q.

O modelo de Böhr permite relacionar as órbitas (níveis de energia) com os espectrosdescontínuos dos elementos.

ELETROSFERA DO ÁTOMO

Em torno do núcleo do átomo temos uma região denominada de eletrosfera que é dividida em 7 partes chamada camadas eletrônicas ou níveis de energia. Do núcleo para fora estas camadassão representadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q. Em cada camada poderemos encontrar umnúmero máximo de elétrons, que são:

Os elétrons de um átomo são colocados, inicialmente, nas camadas mais próximas do núcleo.Exemplos:

O átomo de sódio possui 11 elétrons, assim distribuídos: K = 2; L = 8; M = 1.



O átomo de bromo possui 35 elétrons, assim distribuídos: K = 2; L = 8; M = 18; N = 7

Verifica-se que a última camada de um átomo não pode ter mais de 8 elétrons. Quando istoocorrer, devemos colocar na mesma camada, 8 ou 18 elétrons (aquele que for imediatamenteinferior ao valor cancelado) e, o restante na camada seguinte.

Exemplos:O átomo de cálcio tem 20 elétrons, inicialmente, assim distribuídos: K = 2; L = 8; M = 10

Como na última camada temos 10 elétrons, devemos colocar 8 elétrons e 2 elétrons irão para acamada N. K = 2; L = 8; M = 8; N = 2

Exercícios:

01) Um átomo tem número de massa 31 e 16 nêutrons. Qual o número de elétrons no seu nívelmais externo?

a) 2.

b) 4.

c) 5.

d) 3.

e) 8.

02) Em quais níveis de energia o césio (Z = 55) no estado fundamental apresenta 18 elétrons?

a) 2 e 3.

b) 2 e 4.

c) 2 e 5.

d) 3 e 4.

e) 3 e 5.

03) O átomo 3x + 2 A 7x tem 38 nêutrons. O número de elétrons existente na camada de valênciadesse átomo é:

a) 1.

b) 2.

c) 3

d) 4.

e) 5.

04) O selênio, elemento químico de número atômico 34, é empregado na fabricação de xampuanticaspa. A configuração eletrônica desse elemento químico permite afirmar que o númerode elétrons no seu nível de valência é:

a) 3.

b) 4.

c) 5.



d) 6.

e) 7.

APROFUNDAMENTO

Pesquisando o átomo, Sommerfeld chegou à conclusão que os elétrons de um mesmo nível nãoestão igualmente distanciados do núcleo porque as trajetórias, além de circulares, como propunha Bohr, também podem ser elípticas. Esses subgrupos de elétrons estão em regiõeschamadas de subníveis e podem ser de até 4 tipos:

subnível s, que contém até 2 elétrons,

subnível p, que contém até 6 elétrons,

subnível d, que contém até 10 elétrons,

subnível f , que contém até 14 elétrons,

Os subníveis em cada nível são:

Cada subnível possui um conteúdo energético, cuja ordem crescente é dada, na

prática pelo diagrama de Linus Pauling.

Os elétrons de um átomo são localizados, inicialmente, nos subníveis de menores energias.Exemplos: O átomo de cálcio possui número atômico 20, sua distribuição eletrônica, nossubníveis será:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

O átomo de cobalto tem número atômico 27, sua distribuição eletrônica, nos subníveis será:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7



Exercícios:

01) Agrupando os subníveis 4f , 6p, 5s e 3d em ordem crescente de energia, teremos:

a) 5s, 3d, 4f, 6p.

b) 3d, 4f, 6p, 5s.

c) 6p, 4f, 5s, 3d.

d) 3d, 5s, 4f, 6p.

e) 4f, 6p, 5s, 3d.

02) O número de elétrons no subnível 4p do átomo de manganês (25Mn) é igual a:

a) 2.

b) 5.

c) 1.d) 4.

e) zero.

03) O átomo 3x + 2 A 7x tem 38 nêutrons. O número de elétrons existente na camada de valênciadesse átomo é:

a) 1.

b) 2.

c) 3.

d) 4.

e) 5.

04) O átomo de um elemento químico tem 14 elétrons no 3° nível energético (n = 3). O númeroatômico desse elemento é:

a) 14.

b) 16.

c) 24.

d) 26.

e) 36.

05) Dois elementos químicos são muito usados para preparar alguns dos sais utilizados emfogos de artifícios, para dar os efeitos de cores. Estes doiselementos possuem as seguintes configurações eletrônicas terminadas em 3d9 e 5s2. Quais osnúmeros atômicos destes elementos químicos, respectivamente:

a) 27 e 28.

b) 27 e 48.

c) 29 e 38.



d) 29 e 48.

e) 27 e 38.

06) Um elemento cujo átomo possui 20 nêutrons apresenta distribuição eletrônica no estadofundamental 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1, tem:

a) número atômico 20 e número de massa 39.

b) número atômico 39 e número de massa 20.

c) número atômico 19 e número de massa 20.

d) número atômico 19 e número de massa 39.

e) número atômico 39 e número de massa 19.

LIGAÇÕES QUÍMICAS

INTRODUÇÃO

Se átomos de um mesmo elemento ou de elementos diferentes não tivessem a capacidade de secombinarem uns com os outros, certamente não encontraríamos na natureza uma grandevariedade de substâncias. Há diferentes maneiras pelas quais os átomos podem se combinar,como, por exemplo, mediante o ganho ou a perda de elétrons, ou pelo compartilhamento deelétrons dos níveis de valência. Alguns poucos elementos, como os da família dosgases nobres (família 0 ou VIIIA), aparecem na forma de átomos isolados. Esses elementosapresentam oito elétrons na camada de valência. O hélio (He) é a única exceção: ele apresentaapenas uma camada com dois elétrons. Em 1916, os cientistas Lewis e Kossel associaramesses dois fatos, ou seja, a tendência de elementos com oito elétrons na camada de valênciaaparecerem isoladamente, com a tendência que os elementos manifestam de perder, ganhar oucompartilhar elétrons. A partir dessa associação, propuseram uma teoria para explicar asligações químicas entre os elementos:

Teoria do Octeto: um grande número de átomos adquire estabilidade eletrônica quandoapresenta oito elétrons na sua camada mais externa.

Essa teoria é aplicada principalmente para os elementos representativos (família A).



Embora existam muitas exceções a essa regra, ela continua sendo utilizada por se prestar muito bem como introdução ao conceito de ligação química e por explicar a formação da maioria dassubstâncias encontradas na natureza.

LIGAÇÃO IÔNICA OU ELETROVALENTE

Como o próprio nome indica, a ligação iônica ocorre entre íons, positivos (cátions)e negativos (ânions), e é caracterizada pela existência de forças de atração eletrostática entre osíons.A ligação iônica ocorre, então, entre elementos que apresentam tendências opostas,ou seja, é necessário que um dos átomos participantes da ligação possua a tendência de perder elétrons enquanto o outro, a de receber elétrons. Na maioria das vezes, os átomos que perdem elétrons são os metais das famílias IA,IIA e IIIA e os átomos que recebem elétrons são os ametais das famílias VA, VIA e VIIA.O hidrogênio (Z = 1) apresenta, na sua primeira e única camada, um elétron, atingindoa estabilidade, nesse tipo de ligação, ao receber mais um elétron.

A ligação iônica é a única em que ocorre transferência definitiva de elétrons.Esquematicamente, a ligação iônica entre os átomos A e B, genéricos, pode ser assimrepresentada:

O exemplo mais representativo de uma ligação iônica é a formação do sal de cozinha(cloreto de sódio) a partir de átomos de sódio (Na) e de cloro (Cl).O átomo de sódio (Na) não é estável pela Teoria do Octeto, pois apresenta um elétronna camada de valência. Sua estabilidade eletrônica será atingida pela perda de umelétron, originando o íon Na+. Observe:

O átomo de cloro (Cl) não é estável pela Teoria do Octeto, pois apresenta seteelétrons na camada de valência. Sua estabilidade eletrônica será atingida pelo ganho deum elétron, originando o íon Cl – . Observe:

Usando as representações de Lewis, temos:



Após a formação dos íons (Na+ e Cl – ) eletronicamente estáveis, ocorre uma interaçãoeletrostática (cargas com sinal contrário se atraem):

Os compostos assim formados são denominados compostos iônicos. Constituem estruturaseletricamente neutras. A interação entre os íons produz aglomerados com forma geométricadefinida, denominados retículos cristalinos, característicos dos sólidos.

DETERMINAÇÃO DAS FÓRMULAS DOS COMPOSTOS IÔNICOS

A fórmula correta de um composto iônico é aquela que mostra a mínima proporçãoentre os átomos que se ligam, de modo que se forme um sistema eletricamente neutro. Para queisso ocorra, é necessário que o número de elétrons cedidos pelos átomos

de um elemento seja igual ao número de elétrons recebidos pelos átomos do outro elemento.Há uma maneira prática, portanto rápida, de determinar a quantidade necessária decada íon para escrever a fórmula iônica correta:

Vejamos um exemplo:

Exercícios

01) Considere os íons:

cátions: K +, Ca2+, Fe3+

ânions: F – , O2 –

Escreva as seis fórmulas resultantes da combinação de cada tipo de cátion com cada tipo deânion.

02) Os átomos de 13Al e 16S podem originar íons. Determine a carga dos íons estáveis de cadaum desses elementos.

03) Combine os pares de elementos e escreva a fórmula do composto resultante:

a) 12Mg e 8O; d) 13Al e 9F;

b) 11Na e 16S; e) 12Mg e 7N;

c) 20Ca e 9F; f) 11Na e 1H.



04) (PUC-MG) Um elemento X (Z = 20) forma com Y um composto de fórmula X3Y2. Onúmero atômico de Y é:

a) 7. d) 12.

b) 9. e) 18.

c) 11.

LIGAÇÃO COVALENTE

CARACTERÍSTICAS

Esse tipo de ligação ocorre quando os átomos envolvidos tendem a receber elétrons.Como é impossível que todos os átomos recebam elétrons sem ceder nenhum, elescompartilham seus elétrons, formando pares eletrônicos. Cada par eletrônico é constituído por um elétron de cada átomo e pertence simultaneamente aos dois átomos. Como não

ocorre ganho nem perda de elétrons, formam-se estruturas eletricamente neutras, degrandeza limitada, denominadas moléculas. Por esse motivo, essa ligação também édenominada molecular.

Esquematicamente, a ligação covalente pode ser assim representada:

FÓRMULAS QUÍMICAS

A representação do número e dos tipos de átomos que formam uma molécula é feita por uma fórmula química. Existem diferentes tipos de fórmulas: a molecular, aeletrônica e a estrutural plana.

a) Molecular: é a representação mais simples e indica apenas quantos átomos de cadaelemento químico formam a molécula:

b) Eletrônica: também conhecida como fórmula de Lewis, esse tipo de fórmula mostra,além dos elementos e do número de átomos envolvidos, os elétrons da camada devalência de cada átomo e a formação dos pares eletrônicos.

c) Estrutural plana: também conhecida como fórmula estrutural de Couper, elamostra as ligações entre os elementos, sendo cada par de elétrons entre dois átomosrepresentado por um traço.



Perceba que mais de um par de elétrons pode ser compartilhado, formando-se,então, ligações simples, duplas e triplas. Veja as fórmulas de algumas moléculas simples:

Exercicio

01) Consulte a tabela periódica e monte o quadro a seguir, substituindo os asteriscos (*) pelasfórmulas que faltam.

02) Um elemento X possui 6 elétrons de valência. Represente a fórmula eletrônica, estrutural emolecular desse elemento quando combinado com o hidrogênio.

03) Considere os íons:

cátions: K+, Ca2+, Fe3+

ânions: F – , O2 –



Escreva as seis fórmulas resultantes da combinação de cada tipo de cátion com cada tipode ânion.

04) Os átomos de 13Al e 16S podem originar íons. Determine a carga dos íons estáveis decada um desses elementos.

05) Combine os pares de elementos e escreva a fórmula do composto resultante:a) 12Mg e 8O; d) 13Al e 9F;

b) 11Na e 16S; e) 12Mg e 7N;

c) 20Ca e 9F; f) 11Na e 1H.

GEOMETRIA MOLECULAR

Conceitos gerais

A teoria das ligações covalentes de Lewis, que vimos no capítulo anterior, foi muito importante para o desenvolvimento da Química. No entanto, essa teoria não explicava a disposição(arrumação) dos átomos na molécula. Hoje sabemos que as moléculas bem simples, como H2,O2, HCl, H2O etc., são moléculas planas. As moléculas mais complexas, porém, são quasesempre tridimensionais, isto é, têm seus átomos arrumados em uma estrutura (formato)espacial. Assim, passou-se a falar em geometria molecular.

Um caso bastante comum é o da existência de um átomo central rodeado, no espaço, por váriosoutros átomos. Uma analogia bem simples pode ser feita com balões, amarrados como nasfiguras abaixo:

Por que os balões assumem espontaneamente essas arrumações? Porque cada balão parece“empurrar” o balão vizinho de modo que, no final, todos ficam na disposição mais espaçada(esparramada) possível. Dizemos, também, que essa é a arrumação mais estável para os balões.Pois bem, com os átomos acontece exatamente o mesmo, quando formam as moléculas. Atabela abaixo dá alguns exemplos comuns, nos quais o átomo central ocupa o lugar do nó que édado nos balões.

A disposição espacial dos núcleos desses átomos irá determinardiferentes formas geométricas para as moléculas.



Na terceira coluna, vemos o modelo “de preenchimento espacial ” que indica a posição e otamanho individual de cada átomo na molécula, respeitando inclusive os raios covalentes dosátomos e os ângulos formados entre suas valências. Nesse modelo se procura, portanto,representar a molécula da maneira mais real possível, como se fosse uma fotografia da própriamolécula.

Uma das maneiras mais simples e mais usada atualmente para prever a geometriade moléculas que apresentam mais de dois átomos consiste na utilização da teoria darepulsão dos pares eletrônicos da camada de valência. Essa teoria está baseada naidéia de que os pares eletrônicos ao redor de um átomo central, quer estejam ou não participando das ligações, comportam-se como nuvens eletrônicas que se repelem entre

si, de forma a ficarem orientadas no espaço com a maior distância angular possível.

POLARIDADE

POLARIDADE DAS LIGAÇÕES

O acúmulo de cargas elétricas em determinada região é denominado pólo, que podeser de dois tipos:



Ligações iônicas

Em uma ligação iônica ocorre transferência definitiva de elétrons, o que acarreta aformação de íons positivos (cátions) ou negativos (ânions), os quais originam compostosiônicos. Como todos os íons apresentam excesso de cargas elétricas positivas ounegativas, eles sempre terão pólos. Portanto:

As ligações iônicas apresentam máxima polarização.

Ligações covalentes

Nessas ligações, a existência de pólos está associada à deformação da nuvemeletrônica e depende da diferença de eletronegatividade entre os elementos.Quando a ligação covalente ocorre entre átomos de mesma eletronegatividade, não

ocorre distorção da nuvem eletrônica, ou seja, não ocorre formação de pólos. Assim,essas ligações são denominadas apolares.

Na ligação covalente entre átomos de eletronegatividades diferentes, ocorre deformação da

nuvem eletrônica em decorrência do acúmulo de carga negativa ( –δ) em torno do elemento de maior eletronegatividade. Essas ligações são denominadas polares.

A polaridade de uma ligação é caracterizada por uma grandeza denominada momento dipolar

(µ), ou dipolo elétrico, que normalmente é representada por um vetor orientado no sentido doelemento menos eletronegativo para o elemento mais eletronegativo.Assim, o vetor é orientado do pólo positivo para o pólo negativo.

Exercício

01) Indique a polaridade das moléculas:



02) (Fuvest-SP) Considere as moléculas de HF, HCl, H2O, H2, O2 e CH4.

Classifique essas moléculas em dois grupos: polares e apolares.

Funções inorgânicas

INTRODUÇÃO Tarefa das mais importantes na atividade científica é reuni r substâncias semelhantes em classesou grupos, de modo a facilitar seu estudo. Uma classificação fundamental, nascida na metade do

século XVIII, é a que divide as substâncias em inorgânicas (ou minerais) e orgânicas.Inicialmente, dizia-se:

Substância inorgânica (ou mineral) é a que se origina dos minerais.

Substância orgânica é a que se origina dos organismos vivos (vegetais e animais).

Posteriormente, verificou-se que todas as substâncias orgânicas contêm o elemento carbono e,então, passou-se a dizer:

Substâncias orgânicas são as que contêm carbono.

Substâncias inorgânicas (ou minerais) são as formadas por todos os demais elementos

químicos.Dentro desse critério, porém, existem exceções; de fato, há compostos que contêm carbono, masque apresentam todas as características de substância inorgânica, como CO, CO2, Na2CO3,KCN etc.

Devido às suas características, essas substâncias são consideradas inorgânicas.As substâncias orgânicas serão estudadas no volume 3 desta obra. No volume 1, vamos nosdedicar ao estudo das substâncias inorgânicas ou minerais. Sabendo, porém, que o número decompostos inorgânicos é muito grande, convém subdividi-los em agrupamentos menores,denominados funções químicas inorgânicas. De modo geral, dizemos que:Função química é um conjunto de substâncias com propriedades químicas semelhantes,

denominadas propriedades funcionais.



As principais funções químicas inorgânicas que iremos estudar são: os ácidos, as bases, os saise os óxidos.

FUNÇÃO ÁCIDO (CONCEITO DE ARRHENIUS )

Segundo Arrhenius toda substância que em solução aquosa sofre ionização produzindocomo cátion, apenas o íon H +, é um ácido.

Exemplos:

PROPRIEDADES DOS ÁCIDOS

Os ácidos possuem algumas propriedades características: sabor, condutibilidade elétrica, ação sobre indicadores e ação sobre as bases.

Sabor: Apresentam sabor azedo.

Condutibilidade elétrica: Em solução conduz a corrente elétrica.

Ação sobre indicadores: Algumas substâncias adquirem colorações diferentes quando estão na presença dos ácidos, estas substâncias são chamadas de indicadores.

Ação sobre bases Reagem com as bases produzindo sal e água.

NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS

Para efeito de nomenclatura, os ácidos são divididos em dois grupos:

• Ácidos sem oxigênio: hidrácidos;

• Ácidos com oxigênio: oxiácidos.

1. Hidrácidos: ácidos sem oxigênio.

Seus nomes são dados da seguinte maneira:



2. Oxiácidos: ácidos com oxigênio.

Uma das maneiras mais simples de dar nome a esses ácidos é a partir do nome e dafórmula dos ácidos-padrão de cada família.

A partir dessas fórmulas e de acordo com a variação do número de átomos deoxigênio, determinam-se as fórmulas e os nomes de outros ácidos, com o uso de prefixos esufixos. Observe:

Desse modo, teremos:

FUNÇÃO BASE OU HIDRÓXIDO (CONCEITO DE ARRHENIUS)

Para Arrhenius base ou hidróxido é todo composto que em solução aquosa sofre dissociação iônica, libertando como ânion, apenas o íon OH – , denominado de oxidrila ouhidroxila.

Exemplo

Estas equações recebem o nome de equações de dissociação da base.

PROPRIEDADES DAS BASES



As bases de Arrhenius apresentam características referentes aos íons OH 1 – , entre elas podemoscitar: sabor, condutibilidade elétrica, ação sobre indicadores e ação sobre ácidos.

Sabor: Apresentam um sabor cáustico, lixívia ouadstringente.

Condutibilidade elétrica: As soluções básicas, por possuírem íons livres,conduzem a corrente elétrica.

Ação sobre indicadores:

Ação sobre os ácidos: Reagem com os ácidos produzindo sal e água.

NOMENCLATURA DAS BASES

Para a nomenclatura das bases, pode-se utilizar a seguinte regra:

Veja os exemplos:

Quando um mesmo elemento forma cátions com diferentes eletrovalências (cargas),

acrescenta-se ao final do nome, em algarismos romanos, o número da carga do íon. Outramaneira de dar nome é acrescentar o sufixo -oso ao íon de menor carga, e -ico ao íonde maior carga.

FUNÇÃO SAL

Sal é todo composto que em solução aquosa possui pelo menos um cátion diferente do H+, e pelo menos um ânion diferente do OH – .



Podemos também afirmar que sal é um composto obtido pela neutralização de um ácido poruma base.

Exemplos:

Onde o NaCl possui o Na+, que é diferente do H+, e o Cl – , que diferente do OH – .

Onde o CaOHNO3 possui o Ca2+, que é diferente do H+, e o NO3 – , que é diferente do OH – .

A reação entre um ácido e uma base recebe o nome especial de neutralização ou salificação.A neutralização entre um ácido e uma base pode ser total ou parcial.

NOMENCLATURA DOS SAIS

A nomenclatura dos sais é obtida a partir da nomenclatura do ácido que originou o

ânion participante do sal, pela mudança de sufixos. Assim, temos:

Para determinar os nomes dos sais, pode-se utilizar o seguinte esquema:

Veja alguns exemplos:

Pode-se também formular e dar nomes aos sais de outra maneira. Para tanto, deve-se consultartabelas de cátions e ânions. Nas tabelas a seguir, apresentamos alguns deles:



FUNÇÃO ÓXIDO

É o conjunto de compostos binários onde o oxigênio é o elemento mais eletronegativo.Exemplos:

Na2O; H2O; Al 2O3; SO3; CaOPodemos dividir os óxidos em dois grupos:

Os óxidos moleculares: O elemento ligado ao oxigênio é ametal.Exemplos:CO2; SO3; CO; Cl2O7

Os óxidos iônicos: O elemento ligado ao oxigênio é um metal.Exemplos:Fe2O3; CaO; Na2O; Al 2O3

NOMENCLATURA DOS ÓXIDOS

Os óxidos formados por ametais ligados a oxigênio são óxidos moleculares e têmseu nome estabelecido pela seguinte regra:


Os óxidos formados por metais geralmente são óxidos iônicos e neles o oxigênioapresenta carga – 2. Seu nome é formado da seguinte maneira:


Exercícios:

01) Dentre as espécies químicas, citadas, é classificado como ácido de Arrhenius:

a) Na2CO3

b) KOH

c) Na2Od) HCl



e) LiH

02) Todas as substâncias azedas estimulam a secreção salivar, mesmo sem serem ingeridas.Esse é o principal motivo de se utilizar vinagre ou limão na preparação de saladas, pois oaumento da secreção salivar facilita a ingestão. No vinagree no limão aparecem substâncias pertencentes à função:

a) base ou hidróxido.

b) sal.

c) óxido.

d) aldeído.

e) ácido.

03) Qual das substâncias a seguir apresenta sabor azedo quando em solução aquosa?

a) Na2S. b) NaCl .

c) CaO.

d) HCl .

e) NaOH.

04) Durante a digestão de alimentos no estômago, ocorre a fundamental precipitação de umdeterminado composto químico. Identifique o composto.

a) bicarbonato de sódio.

b) hidróxido de alumínio.

c) ácido clorídrico.

d) monóxido de carbono.

e) ácido sulfúrico.

05) Os nomes dos ácidos oxigenados abaixo são, respectivamente:HNO2 (aq), HCl O3 (aq), H2SO3 (aq), H3PO4 (aq)

a) nitroso, clórico, sulfuroso, fosfórico.

b) nítrico, clorídrico, sulfúrico, fosfórico.

c) nítrico, hipocloroso, sulfuroso, fosforoso.

d) nitroso, perclórico, sulfúrico, fosfórico.

e) nítrico, cloroso, sulfídrico, hipofosforoso.

06) Sabor adstringente é o que percebemos quandocomemos uma banana verde (não-madura). Que substância a seguir teria sabor adstringente?

a) CH3COOH.

b) NaCl .



c) Al (OH)3.

d) C12H22O11.

e) H3PO4.

07) O hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, que é um componente do “leite de magnésia”, é:

a) um ácido de Arrhenius.

b) uma base de Arrhenius.

c) um sal.

d) um óxido.

e) um hidreto.

08) Urtiga é o nome genérico dado a diversas plantas da família das Urticácias, cujas folhas sãocobertas de pêlos finos, os quais liberam ácido fórmico (H2CO2) que, em contato com a pele,

produz uma irritação.

Dos produtos de uso doméstico abaixo, o que você utilizaria para diminuir essa irritação é:

a) vinagre.

b) sal de cozinha.

c) óleo.

d) coalhada.

e) leite de magnésia.

REAÇÕES QUÍMICAS

INTRODUÇÃO

Os fenômenos podem ser classificados em químicos (produzem novas substâncias) e físicos(não produzem novas espécies).

Aos fenômenos químicos damos o nome de REAÇÕES QUÍMICAS. Óxido de cálcio maiságua produz hidróxido de cálcio.

Quando substituímos os nomes das substâncias por suas fórmulas e as palavras por símbolos,obteremos uma EQUAÇÃO QUÍMICA.

As substâncias que iniciam uma reação são os reagentes e constituem o primeiro membro daequação.As substâncias obtidas numa reação química são os produtos e constituem o segundo membroda equação.

No exemplo acima, CaO e H2O são os reagentes e, o Ca(OH)2 é o produto.

As equações químicas possuem fórmulas e coeficientes para mostrar os aspecto qualitativo equantitativo da reação.



Numa reação química, o número total de átomosdos reagentes é igual ao número total de átomos dos produtos.

CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES QUÍMICAS

Basicamente podemos classificar as reações químicas em:

a) Reação de síntese ou adição.

b) Reação de análise ou decomposição.

c) Reação de deslocamento, simples troca ou

substituição.

d) Reação de dupla troca, duplo

deslocamento ou dupla substituição.

REAÇÃO DE SÍNTESE OU ADIÇÃO

É quando uma ou mais substâncias reagentes produzem apenas uma única.

REAÇÃO DE ANÁLISE OU DECOMPOSIÇÃO

É quando uma única substância reagente origina duas ou mais substâncias como produto.



As reações de análise podem receber nomes particulares, de acordo com o agente causal dareação.Pirólise: decomposição pelo calor.

Fotólise: decomposição pela luz.

Eletrólise: decomposição pela corrente.Hidrólise: decomposição pela água.

REAÇÕES DE DESLOCAMENTO, SIMPLES TROCA OU SUBSTITUIÇÃO

São as reações em que um elemento químico substitui outro elemento de um composto, libertando-o, como substância simples.

Exemplos:

REAÇÕES DE DUPLA TROCA, DUPLA SUBSTITUIÇÃO OU DUPLODESLOCAMENTO

É quando duas substâncias compostas trocam entre si partes de suas estruturas. Exemplos:

NÚMERO DE OXIDAÇÃO (NOX)

O número de oxidação nos ajuda a entender como os elétrons estão distribuídosentre os átomos que participam de um composto iônico ou de uma molécula. Nos compostos iônicos, o Nox corresponde à própria carga do íon. Essa carga equivale aonúmero de elétrons perdidos ou recebidos na formação do composto.

Nos compostos moleculares, não existe transferência definitiva de elétrons. Assim,o Nox corresponde à carga elétrica que o átomo iria adquirir se a ligação fosse rompida.Desse modo, o átomo de maior eletronegatividade receberia os elétrons do outro átomo:

Observações:

1. O Nox deve ser determinado para cada átomo, isoladamente.2. Nos compostos iônicos, o Nox é a própria carga de cada íon.



3. Nos compostos moleculares, o Nox é uma carga imaginária, e o Nox negativo é atribuído aoátomo de maior eletronegatividade.

REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO NOX

Veremos, a seguir, um conjunto de regras que permite a determinação dos números

de oxidação de uma maneira bastante simples, sem que seja necessário construir as fórmulaseletrônicas dos compostos.

1. O Nox de cada átomo em uma substância simples é sempre zero. Neste caso, como os átomos apresentam a mesma eletronegatividade, numa eventual quebra daligação, nenhum perde ou ganha elétrons.

Exemplos:O2, O3, P4, S8, Cgraf, Cdiam

2. O Nox de um íon monoatômico é sempre igual à sua própria carga

3. Existem elementos que apresentam Nox fixo em seus compostos.

4. O Nox do elemento hidrogênio (H) nas substâncias compostas é geralmente +1

Quando o hidrogênio estiver ligado a metal, formando hidretos metálicos, seu Noxé -1.

5. O Nox do elemento oxigênio (O), na maioria dos seus compostos, é – 2



No composto fluoreto de oxigênio (OF2), como o flúor é mais eletronegativo, o Noxdo oxigênio é +2 :

Nos peróxidos (O2) 2 – , o Nox do oxigênio é – 1

6. Os halogênios apresentam Nox = – 1 quando formam compostos binários (2 elementos), nosquais são mais eletronegativos.

7. A soma dos Nox de todos os átomos constituintes de um composto iônico ou molecular ésempre zero.

Conhecendo essas regras, podemos calcular o Nox de muitos outros elementos.

Vejamos um exemplo:

• Determinação do Nox do fósforo (P) no H3PO4:

O Nox do fósforo (P) é +5 .8. Num íon composto, o somatório dos Nox é igual à carga do íon.• Determinação do Nox do cromo (Cr) no (Cr2O7) 2–

O Nox do cromo (Cr) é +6.



Exercícios

1. O enxofre é um sólido amarelo encontrado livre na natureza, em regiões nas quais ocorreramfenômenos vulcânicos. Suas variedades alotrópicas são: (α) rômbico e (β) monoclínico. O enxofre participa da constituição de várias substâncias e íons, tais como: S8, H2S, SO2,H 2SO3, SO3, H2SO4, SO2 – 4, Na2S2O3 e Al 2(SO4)3. Determine o Nox do enxofre em cadauma dessas espécies químicas.

2. (Puccamp-SP) Descobertas recentes da Medicina indicam a eficiência do óxido nítrico (NO)no tratamento de determinado tipo de pneumonia. Sendo facilmente oxidado pelo oxigênioe NO2, quando preparado em laboratório, o ácido nítrico deve ser recolhido em meio quenão contenha O2. Os números de oxidação do nitrogênio no NO e NO2 são, respectivamente:

a) +3 e +6. d) zero e +4.

b) +2 e +4. e) zero e +2.

c) +2 e +2.

3. (Vunesp-SP) No mineral perovsquita, de fórmula mínima CaTiO3, o número de oxidação dotitânio é:

a) +4. c) +1. e) – 2.

b) +2. d) – 1.

4. (UFPA) Nas substâncias:

Cl2 KCl NaClO4 AlCl3 os números de oxidação do cloro são respectivamente:

a) 0, – 1, +7, – 3. d) – 1, 0, – 7, +1.

b) 0, – 1, +7, – 1. e) 0, +1, – 7, +3.

c) – 1, +1, – 1, +7.

5. (Cesgranrio-RJ) Nas espécies químicas HF, HIO 3, HClO, ClO – 4 e BrO – 3, os números deoxidação dos halogênios são, respectivamente:

a) +1, +5, +1, +4, +3.

b) +1, +5, +1, – 5, – 1.

c) – 1, +5, +1, +7, +5.

d) – 1, – 5, +1, – 7, – 3.e) 0, +6, – 1, +7, – 5.

MASSAS E MEDIDAS

UNIDADE DE MASSA ATÔMICA (u.m.a.)

Na química, atualmente, usa-se como átomo padrão o isótopo de carbono de número demassa 12. A esse átomo foi atribuída a massa relativa 12 e, em seguida, dividimos o carbono 12em doze partes iguais, tomando-se uma dessas partes como unidade

padrão para a medida das massas atômicas e moleculares. Esta fração recebeu o nome deunidade de massa atômica.



MASSA ATÔMICA

É um número que indica quantas vezes um determinado átomo é mais pesado que 1/12 do carbono 12 (ou 1 u.m.a ).

Exemplos:Massa atômica do “Mg” é 24 u.m.a, isto significa dizer que o átomo de magnésio é 24 vezesmais pesado que 1 u.m.a .

Massa atômica do “Fe” é 56 u.m.a, isto significa dizer que o átomo de ferro é 56 vezes maispesado que 1 u.m.a .

MASSA MOLECULAR (M)

É um número que indica quantas vezes uma molécula é mais pesada que 1/12 do carbono12.De uma maneira prática, calculamos a massa molecular somando-se todos os pesos atômicos

dos átomos que formam a molécula.

Isto significa dizer que uma molécula do ácido sulfúrico é 98 vezes mais pesada que 1 u.m.a.Exercícios:01) O que significa dizer que a massa molecular da água é 14 u.m.a.?

a) Significa que 1 molécula de água é 12 vezes 1/12 da massa do átomo de carbono – 12.

b) Significa que 2 moléculas de água é 12 vezes 1/12 da massa do átomo de carbono – 12.

c) Significa que 2 moléculas de água é 18 vezes 1/12 da massa do átomo de carbono – 12.

d) Significa que 1 molécula de água é 18 vezes 1/12 da massa do átomo de carbono – 12.e) Significa que 1 molécula de água é 1/12 do átomo de carbono – 12.

02) Assinale a opção que apresenta as massas moleculares dos seguintes compostos: C6H12O6;Ca3(PO4)2 e Ca(OH)2, respectivamente:



Dados: H = 1u; C = 12u; O = 16u; Ca = 40u;P = 31u.

a) 180, 310 e 74.

b) 150, 340 e 73.

c) 180, 150 e 74.

d) 200, 214 e 58.

e) 180, 310 e 55.

03) A massa molecular da espécie H4P2OX vale 178u. Podemos afirmar que o valor de “x” é: Dados: H = 1 u.; O = 16 u.; P = 31 u.

a) 5.

b) 6.

c) 7.

d) 8.

e) 16.

04) Um composto Al 2(XO4)3 apresenta uma “massa molecular” igual a 342 u. Determine amassa atômica do elemento “X”.

Dados: O = 16 u.; Al = 27 u.

a) 8 u.

b) 16 u.c) 32 u.

d) 48 u.

e) 96 u.

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