Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

16

Transcript of Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

Page 1: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03
Page 2: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

2

Science4you S.A. 2012Faculdade de Ciências da Universidade de LisboaEdifício Tec Labs, Campo Grande 1749-016 LisboaTelef: (+351) 217500180E-mail: [email protected]

EditorialDaniela Silva _ AutorJorge Faria e Catarina Ribeiro _ Design Gráfico

GráficaSerSilito - Empresa Gráfica, Lda.

DistribuiçãoVASP- Sociedade de Transporte e Distribuição, Lda.MLP - Quinta do Grajal Venda Seca2739-511 Agualva Cacém

Depósito Legal: 352405/12 / ISBN: 560772710613500001

_ Avisos- Este kit contém peças pequenas que podem ser ingeridas. Em caso de ingestão contactar imediatamente os serviços de emergência.- Alguns conteúdos deste kit apresentam arestas pontiagudas que devem ser manuseadas com cuidado.- As tiras de papel indicador de pH podem provocar irritação, pelo que devem manter-se afastadas de boca, nariz e olhos. Caso ocorra contacto, lavar abundantemente com água corrente e, em caso de necessidade, procurar conselho médico.

As instruções devem ser lidas cuidadosamente antes de se iniciar a montagem.Todas as experiências deste kit deverão ser realizadas sob a supervisão de um adulto.Este kit não apresenta perigos de maior, no entanto, poderão ocorrer pequenos ferimentos ou cortes no decorrer da utilização se as peças forem manuseadas de forma incorreta.Em caso de pequenos cortes desinfetar a ferida.Em caso de ocorrência de sintomas de alerta não referidos nesta edição, contactar imediatamente os serviços de urgência.

Em caso de emergência, contactar imediatamenteServiço Nacional de Emergência – 112

Page 3: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

3

4|Introdução1.1| Mas afinal, o que é a matéria?

4|Conceitos básicos2.1| Átomos2.2| Ião2.3| Molécula

5|Ligações químicas3.1| Ligações intramoleculares3.2| Ligações intermoleculares

7|Curiosidades da Química4.1| Porque é que lavamos os dentes todos os dias?4.2| Já alguma vez pensaste porque é que usamos sabão para lavar as mãos?4.3| Como é que o micro-ondas aquece a comida?

9|Fundamentos das experiências 15|Questionário

A|Óculos de proteção 1 unidade

B|Tubos de ensaio 2 unidades

C|Tampas para tubos de ensaio 2 unidades

D|Pipeta 1 unidade

E|Colher de medição 1 unidade

F|Tiras de papel indicador de pH 5 unidades

G|Copos de medição 2 unidades

H|Tampas para copos de medição 2 unidades

_ Índice

_ Conteúdo

Page 4: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

4

1|IntroduçãoA Química é uma ciência que se dedica ao es-tudo dos componentes, estrutura e proprie-dades da matéria e às modificações que esta sofre durante as reações químicas.

1.1| Mas, o que é a matéria?

Como poderíamos defini-la? A matéria é aquilo de que são feitas as coisas. Mas afinal, de que são feitas as coi-sas? A matéria pode consistir numa substância pura ou numa mistura de substâncias. Dentro das substâncias puras podemos diferenciar entre:

a_Elementos

Por exemplo:

b_Compostos

Por exemplo:

Estes são formados mediante ligações químicas entre elementos. Por outro lado, as misturas de substâncias são formadas por associação de compostos.

Ao longo desta edição, vamos submeter diferentes substâncias conhecidas a uma série de reações e expe-riências, e veremos qual vai ser o comportamento de cada uma delas, de acordo com as suas características físico-químicas. A matéria pode ser constituída por áto-mos e moléculas, conceitos que passaremos a definir.

NaCl (sal), NaHCO3 (bicarbonato de sódio)e C12H22O11 (açúcar)

Au (ouro), O2 (oxigénio) ou Fe (ferro)

2|Conceitos básicos

2.1| Átomos

É a unidade mais pequena que compõe um elemento químico e que mantém a sua identidade, não sendo possível dividir através de processos químicos. Um áto-mo é formado por um núcleo composto por protões e neutrões.

Além disto, existe uma nuvem de eletrões em torno do núcleo.

2.2| Ião

É uma partícula com carga constituída por um átomo ou conjunto de átomos que perdeu ou ganhou eletrões, num fenómeno chamado de ionização. Os iões podem ser:

a_Catiões

Se perderam eletrões e, portanto, ficaram com uma car-ga positiva. Por exemplo:

K+ (perdeu 1 eletrão), Fe2+ (perdeu 2 eletrões), e assim sucessivamente

Sabias que...

A Química é uma ciência empírica, o que significa que usa o método científico para realizar descobertas mediante observação, experimentação e quantificação? Sabias que...

A estrutura eletrónica é a forma sob a qual os eletrões estão ordenados num átomo, molécula ou qualquer outra estrutura física?

A forma como estes são ordenados obede-ce a uma série de leis químicas e dá às par-tículas as suas propriedades características.

Deste modo, quando se diz que uma par-tícula está carregada, quer dizer que esta perdeu ou ganhou eletrões.

Por convenção:Os eletrões têm carga negativa: -1 ou e-; Os protões têm carga positiva: +1 ou p+.

Page 5: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

5

Figura 1 | Estrutura da molécula de água (H2O).

b_Aniões

Se ganharam eletrões e, portanto, ficaram com carga negativa. Por exemplo:

C- (ganhou 1 eletrão), O2- (ganhou 2 ele-trões), e assim sucessivamente

2.3| Molécula

É uma partícula formada por um conjunto de átomos ligados por ligações covalentes. Por exemplo:

H20 (água), NaCl (sal de cozinha) ou CO2 (dióxido de carbono)

Algumas moléculas podem ser muito simples, como a molécula de água (figura 1), enquanto que outras po-dem ser extremamente complexas, como por exemplo, as moléculas de hemoglobina (a molécula que transpor-ta o oxigénio no sangue) (figura 2).

Átomo de Hidrogénio Átomo de Hidrogénio

Átomo de

Oxigénio

Hemo

Proteína

FE

Figura 2 | Estrutura da molécula de hemoglobina. Figura 3 | Tipos de ligações covalentes.

3|Ligações químicasAs ligações químicas são as forças que mantêm unidos grupos de dois ou mais átomos e que fazem com que funcionem como uma entidade única.

Existem 2 tipos de ligações químicas: intramoleculares e intermoleculares, sendo que as primeiras são mais fortes que as segundas (por exemplo, é muito mais fácil evapo-rar água do que separar uma molécula de água em oxi-génio e hidrogénio). Para entender as propriedades dos distintos estados da matéria precisamos de conhecer e compreender os vários tipos de ligações que existem:

3.1 | Ligações intramoleculares

As ligações intramoleculares são as forças que unem os átomos de uma dada molécula entre si. É como se fossem duas pessoas a juntar as suas forças para um mesmo objetivo. Tipos de ligações intramoleculares:

a_Ligação covalente

Na ligação covalente é feita uma partilha entre os áto-mos onde são partilhados eletrões. Os átomos ligados desta forma têm uma carga elétrica neutra. Os átomos que formam este tipo de ligação são átomos não metá-licos, o que tem uma grande importância nas proprieda-des apresentadas por este tipo de substâncias.

As ligações covalentes podem ser:

|| Simples: quando é partilhado um par de eletrões (ou seja, quando cada átomo cede um eletrão à ligação).

|| Duplas: quando são partilhados dois pares de eletrões (ou seja, quando cada átomo fornece dois).

|| Triplas: quando são partilhados três pares de eletrões (ou seja, quando cada átomo fornece três).

|| Quadruplas: quando são partilhados quatro pares de eletrões (ou seja, quando cada átomo fornece quatro eletrões).

C C C C C C C C

C

C C C C C C C C

C C C C C C Cx

x

x

x

x x

x

x

x x

x

x

xx

xx x

xx

xxx

xxxx

xxxx

xx

Simples Duplas Triplas Quadruplas

Page 6: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

6

Podem também distinguir-se dois tipos de ligações covalentes:

|| Apolares: formam-se quando os átomos envolvidos são iguais.

|| Polares: formam-se quando os diferentes átomos têm grandes diferenças de eletronegatividade.

Sabias que...A eletronegatividade é uma medida da força de atração exercida por um átomo sobre os eletrões de outro átomo?Geralmente os diferentes valores de eletronegativi-dade dos átomos determinam o tipo de ligação que se formará na molécula que os combina.

Sabias que...Um dipolo são átomos ou grupo de átomos que têm carga polarizada, ou seja, deslocalizada?b_Ligação iónica

A ligação iónica é um tipo de interação eletrostática en-tre átomos que têm uma grande diferença de eletrone-gatividade. Não existe um valor exato para diferenciar uma ligação iónica de uma covalente pela sua eletrone-gatividade.

De uma forma mais prática, uma ligação iónica é aque-la em que os elementos envolvidos aceitam ou perdem eletrões, dito de outra forma, é aquela em que o ele-mento mais eletronegativo atrai os eletrões de outro elemento menos eletronegativo.

Exemplo de ligação iónica:

NaCl - mais conhecido como sal de cozinhaNa+ (sodio) - catião, menos eletronegativoCl - (cloro) - anião, mais eletronegativo

Assim, os eletrões são deslocados para o cloro.

Átomo de sódio Átomo de cloro

Figura 4 | A ligação iónica no NaCl.

3.2 | Ligações intermoleculares

As ligações intermoleculares são as ligações entre as várias moléculas que formam uma dada substância e têm um papel importante nas propriedades dos três estados da matéria (sólido, líquido e gasoso).

a_Forças de Van der Waals

Em química, denominam-se assim as forças de atração ou de repulsão entre moléculas, ou partes de uma mes-ma molécula, diferentes das forças que se dão na ligação covalente ou na interação eletrostática entre iões.

Dentro destas, destacamos as Forças de London.

As Forças de London estão em todas as substâncias moleculares.

São o resultado de forças de atração entre os extremos positivos e negativos dos dipolos induzidos em molé-culas vizinhas.

Dentro do conceito de Forças de London temos de ter as noções de:

|| Dipolo induzido: Quando os eletrões de uma mo-lécula têm, por instantes, uma distribuição não unifor-me, induzem a formação momentânea de um dipolo numa molécula vizinha.

|| Polarização: Uma molécula com falta de uniformida-de momentânea na distribuição da sua carga elétrica pode induzir um dipolo numa molécula vizinha.

A intensidade das Forças de London depende da fa-cilidade com que as moléculas se polarizam o que, por sua vez, depende do número de eletrões presente na molécula e da força de atração ao núcleo a que estão sujeitos.

Regra geral, quantos mais eletrões existirem numa mo-lécula (quanto maior ela for) mais facilmente esta se polariza.

Page 7: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

7

4.Curiosidades da QuímicaNeste capítulo vamos explicar à luz da química alguns fenómenos do dia-a-dia.

4.1| Porque é que lavamos os dentes to-dos os dias?

Já alguma vez leste as informações que vêm nas emba-lagens de pasta de dentes? Se nunca o fizeste, chegou o momento de o fazeres. Nessas informações encontras também a lista de ingredientes, onde podes ver que o flúor (F) é um dos componentes da pasta.

A utilização deste elemento químico baseia-se na se-guinte reação:

O composto [Ca10(PO4)6(OH)2] é chamado de hidroxiapa-tite e é um dos principais componentes do esmalte dos dentes.

Quando comemos, este composto degrada-se em [5Ca2+ + 6PO4

3- + 2OH- ] ao reagir com a comida, levan-do à desmineralização dos dentes e ao seu consequente enfraquecimento. Este enfraquecimento aumenta o ris-co de ataque por parte das bactérias. Ao aplicar-se flúor aos dentes, este reage com o cálcio presente, ligando--se a este e formando apatite fluoretada [Ca10(PO4)6F2], composto este que aumenta bastante a resistência do esmalte aos ácidos. Além disso, o flúor também tem ou-tras propriedades como:

a_Favorecimento da remineralização

O flúor favorece a remineralização dos dentes ao favore-cer a entrada de iões cálcio e de fosfato na estrutura do dente. Isto acontece porque o flúor tem carga negativa e atrai o cálcio e o fosfato, que têm carga positiva.

Sabias que...A molécula de DNA é formada por Adenina, Guanina, Ci-tosina e Timina. Estas ligam-se da seguinte forma:A (adenina) e T (timina): através de duas pontes de hidro-génio.G (guanina) e C (citosina): através de três pontes de hi-drogénio.Estas ligações dão ao DNA uma grande solidez estrutural.

b_Forças dipolo-dipolo

São interações não covalentes entre duas moléculas po-lares ou entre os grupos de uma mesma molécula, se esta for suficientemente grande. As moléculas que são dipolos atraem-se mutuamente quando a região positiva de uma delas se encontra perto da região negativa de outra.

c_Pontes de hidrogénio

É um tipo especial de ligação dipolo-dipolo entre o áto-mo de hidrogénio de uma molécula polar e um átomo (eletronegativo) de oxigénio (O), de azoto (N) ou de flúor (F) de outra molécula.

Este é o tipo de ligação que acontece entre moléculas de água, e que lhes dá algumas propriedades especiais (bem como em outras moléculas que apresentem esta ligação).

Os elementos vizinhos do oxigénio na tabela periódi-ca, como o carbono (C) ou o azoto, formam compostos como o metano (CH4) ou o amoníaco (NH3).

Estes são gases à temperatura ambiente, ao contrário da água, que é líquida. Isto demonstra a grande força des-tas ligações intermoleculares. As pontes de hidrogénio têm também um papel crucial na estrutura do DNA (a molécula que transporta a informação genética dos se-res vivos).

Ligação Hidrogénio

Figura 5 | A estrutura do DNA.

Ca10(PO4)6(OH)2 ----> 5Ca2+ + 6PO4- + 2OH-

Coroa

Raíz

EsmalteDentina

Polpa

Osso

Canal radicular

Periodonto

Canal acessório

Figura 6 | Estrutura de um dente humano.

Page 8: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

8

b_Ação antibacteriana

O flúor tem uma ação antibacteriana ao atacar as bacté-rias que se alojam na superfície dos dentes.

LEMBRA-TE: Lava sempre os dentes depois de cada refeição.

4.2| Já alguma vez pensaste porque é que usamos sabão para lavar as mãos?

Como já falámos nesta edição, a água é uma substância polar, e tem a capacidade de se ligar com outras subs-tâncias polares.

Por outro lado, o sabão é uma substância anfipática, que tem uma parte polar, que se liga à água (e é chamada de hidrofílica), e uma parte apolar, que não se liga à água mas é capaz de se ligar às gorduras (parte hidrofóbica).

Deste modo o sabão pode ligar-se quer a substâncias polares como a substâncias apolares.

Quando se adiciona sabão à água, as caudas hidrofóbi-cas das suas moléculas unem-se às partículas de gordu-ra (sujidade), enquanto que as cabeças polares se ligam à água. Isto dá origem a uma emulsão de gordura em água, ou seja, as gotículas de gordura então em suspen-são na água desprendem-se assim da nossa pele e da roupa. Ao enxaguar, a emulsão é eliminada.

4.3| Como é que o micro-ondas aquece a comida?

Aquecer algo consiste em fazer com que as suas molé-culas vibrem, se movam ou oscilem mais rapidamente.

Água

Água

Água

Água Partículas de

gordura

Molécula de sabãoCabeça hidrofílica

Cauda hidrofóbica

Molécula de sabão

Figura 7 | Ação do sabão sobre as partículas de gordura.

Para perceber o funcionamento de um micro-ondas é necessário saber o efeito que este tem sobre os cor-pos que aquecemos. Num forno convencional o calor pode chegar ao alimento que estamos a cozinhar de duas formas:

- Através do ar quente que circula ao seu redor, aque-cendo-o de fora para dentro;

- Através de uma radiação muito forte do tipo infra--vermelho, normalmente gerada por uma resistência que aquece a parte de cima do alimento, de forma se-melhante à forma como o Sol nos aquece. Neste caso, o calor transmite-se desde a parte de cima até ao interior do alimento, de modo a que, pouco a pouco, o alimento vá perdendo água e o calor vá sendo transmitido para o interior, cozinhando-se assim o alimento. É por isto que a comida cozinhada desta forma é geralmente crocante na parte de fora.

Num micro-ondas o efeito é diferente. Para começar, não existe nada quente no exterior que cozinhe o ali-mento, sendo que a energia do micro-ondas gera-se di-retamente no interior do alimento. Dito de outra forma, os alimentos normalmente cozinhados no micro-ondas são ligeiramente “transparentes” às microondas. Estas atingem o seu interior e à medida que se vão propagan-do pelo alimento aquecem-no.

Mas de que forma é que os alimentos aquecem? As mi-croondas fazem vibrar as moléculas de água, os açúca-res e certas gorduras contidas nos alimentos. De todas as substâncias que compõem um alimento, a mais ativa é a água.

As microondas agitam as moléculas de água, fazendo-as oscilar muito rapidamente (uns 2.400 milhões de vezes por segundo), e nesse movimento rápido, as moléculas de água vão chocando com os outros elementos que es-tão ao seu redor, libertando e transmitindo-lhes assim, energia de uma forma desordenada, causando um au-mento da temperatura.

Podes comparar isto ao facto de as tuas mãos aquece-rem quando as esfregas muito rapidamente uma na ou-tra. A energia do movimento é transformada em calor.

Figura 8 | Micro-ondas.

Page 9: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

9

5.Fundamentos das experiências

Experiência 1|Os Sentidos: Visão e Olfato

As moléculas que se encontram no ambiente são dete-tadas pelos recetores do nosso organismo e ativam os nossos sentidos. Vamos falar um pouco dos dois sen-tidos que usaremos nas experiências que se seguem: olfato e visão.

|| OlfatoPode ajudar-nos a identificar substâncias, pois é o senti-do responsável pela deteção e processamento dos dife-rentes cheiros.

Isto deve-se a uns recetores especializados – conhecidos como quimiorrecetores – que se ativam ao entrarem em contacto com os diferentes compostos químicos volá-teis, que enviam a informação ao cérebro.

Os quimiorrecetores são extremamente sensíveis, sendo portanto, ativados com quantidades muito pequenas de compostos.

Se os estímulos forem frequentes e muito intensos os recetores ficam cansados e, consequentemente, pode-mos perder temporariamente a capacidade de captar os cheiros.

|| VisãoO aspeto das substâncias é um dos métodos mais bási-cos de identificação. No entanto, várias substâncias têm o mesmo aspeto apesar de não terem nada a ver umas com as outras. Por exemplo, se tivermos açúcar e sal, é muito difícil distingui-los à primeira vista.

Sistema límbico do cérebro

Bolbo olfativo

Cavidade nasal

Substâncias aromáticas

Células olfativas

Figura 9 | A estrutura do sistema olfativo.

Mas se estas duas substâncias são tão parecidas à vista, como é que têm propriedades tão diferentes? Isto deve--se ao facto de estas substâncias serem compostas por moléculas completamente diferentes, com proprieda-des bem distintas, apesar da aparência externa ser se-melhante.

No caso do nosso exemplo as moléculas são:

|| Açúcar: o nome científico é sacarose e a sua fórmula química é [ C12H22O11 ] ou seja, cada molécula tem 12 átomos de C (carbono), 22 de H (hidrogénio) e 11 de O (oxigénio).

|| Sal: o nome científico é cloreto de sódio e a sua fór-mula é NaCl, ou seja, a sua molécula é composta por um átomo de Na (sódio) e outro de Cl (cloro).

Experiência 2|Solubilidade: A água (H2O)

As experiências que se seguem baseiam-se no com-portamento das substâncias ao serem misturadas com água. A isto dá-se o nome de solubilidade. Mas antes, va-mos ver algumas das fascinantes propriedades da água para depois podermos perceber melhor o conceito.

|| Água: A sua estrutura e propriedadesA água é uma das moléculas mais importantes que com-põem os seres vivos. No caso do ser humano, compõe cerca de 86% do seu corpo.

É devido às suas propriedades especiais que a água assume um papel tão importante nos seres vivos e no mundo em geral. Estas propriedades, por sua vez, têm origem na estrutura química da molécula e no tipo de ligações que forma.

A água é composta por um átomo de oxigénio (O2) li-gado a dois átomos de hidrogénio (H), e a sua fórmula é H2O.

Algumas das propriedades mais importantes da água são as seguintes:

1. A água é insípida, inodora e incolor. Mas se a anali-sarmos melhor, podemos observar que apresenta uma pequena diferença de cor conforme o estado em que se encontre (sólida, líquida ou gasosa).

2. Em termos de propriedades químicas, uma das carac-terísticas mais importantes é o facto da sua molécula ser polar, ou seja, os eletrões estão distribuídos de forma as-simétrica, estando os eletrões do lado do oxigénio.

Page 10: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

10

A polaridade da água influencia fortemente a sua intera-ção com outras substâncias.

Substâncias compostas por moléculas polares dissol-vem-se na água, enquanto que as apolares, como por exemplo o azeite, não se dissolvem na água. Segundo esta propriedade, podemos classificar as subs-tâncias em dois grupos:

|| Hidrofóbicas: de hidro (água) e fobia (medo). São substâncias que repelem ou fogem da água, ou seja, não se dissolvem nela. São compostas por moléculas apolares.

|| Hidrofilicas: de hidro (água) e filia (amor). São subs-tâncias com afinidade para a água, ou seja, dissolvem-se nela. São compostas por moléculas polares.

3. As moléculas de água estão unidas entre si por Forças de Van der Waals, que dão à água uma série de proprie-dades, como por exemplo, uma elevada tensão super-ficial.

Esta é a quantidade de energia que é necessária para “romper” a superfície da água.

É uma propriedade muito importante. Um exemplo da elevada tensão superficial é a existência de insetos que se deslocam sobre a água, sem romperem a sua superfície.

4. A água possui também uma elevada força de adesão (capacidade de unir-se a algo), que em conjunto com a coesão (união das moléculas entre si) permitem o fenó-meno da capilaridade, ou seja, da capacidade da água subir sozinha por um capilar (um tubo muito fino).

5. Ponto de ebulição: é a temperatura a que uma subs-tância passa do estado líquido ao estado gasoso. Está dependente da pressão atmosférica.

Figura 10| Inseto sobre a superfície de água.

Ao nível do mar a água ferve a 100ºC, enquanto que no topo de uma montanha elevada, onde a pressão atmos-férica é mais baixa, a água ferve a temperaturas tão bai-xas como 68ºC. Do mesmo modo, em fontes hidroter-mais, onde a pressão é muito elevada, a água continua líquida a temperaturas de centenas de graus.

6. A água tem um elevado calor específico que se traduz na capacidade da água para absorver calor. A capacida-de da água absorver calor, é extremamente elevada. Isto deve-se às pontes de hidrogénio entre as moléculas.

A água é um grande regulador térmico e é graças a esta que as temperaturas no nosso planeta são moderadas.

Podes também comprovar esta capacidade de absorção de calor por parte da água se ao saíres do duche não te secares. Se não o fizeres, a água que está sobre a tua pele começa a absorver o calor do teu corpo e ficas com frio.

É também por causa disto que as temperaturas nas zo-nas costeiras não são tão extremas como no interior dos continentes.

7. Densidade: é uma propriedade muito importante para os seres vivos. A sua densidade é muito estável e varia pouco com alterações de temperatura ou pressão. À pressão normal (1 atmosfera) a água líquida tem uma densidade mínima de 0,958 kg/L) a 100 °C.

Ao baixar a temperatura, aumenta a densidade (por exemplo, a 90 °C a densidade é de 0,965 kg/L), aumento esse que é constante até atingir a temperatura de 4ºC, onde a densidade é máxima.

Abaixo dessa temperatura a densidade da água volta a diminuir. Na passagem do estado líquido ao estado sóli-do dá-se uma diminuição súbita da densidade. É por isto que o gelo (água no estado sólido) flutua na água, como no caso dos icebergs.

|| SoluçõesUma solução é uma mistura homogénea de duas ou mais substâncias. A substância dissolvida é chamada de soluto e está geralmente presente em pequena quanti-dade. A substância que dissolve é chamada de solvente e está, geralmente, presente em maior quantidade em relação ao soluto.

Na química das soluções uma das primeiras coisas que é preciso saber são as quantidades relativas de soluto e solvente presentes na mistura. A concentração de uma solução é a relação entre a quantidade de soluto e a quantidade de solvente.

Dizer que uma solução é diluída ou concentrada é relati-vo. Quando se quer ser preciso, a concentração de uma

Page 11: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

11

solução é, geralmente, expressa como percentagem de peso ou percentagem de volume de soluto em relação ao solvente.

Por exemplo, uma solução aquosa de sal a 4% quer dizer que em cada 100 g de solução, 4 g são de sal e as restan-tes 96 g são de água.

||Solubilidade

A solubilidade é a quantidade máxima de um soluto que se pode dissolver num dado solvente, a uma dada tem-peratura. Vários fatores afetam a solubilidade de uma substância, e é preciso tê-los em conta quando se pre-param soluções.

Alguns destes são:

Superfície de contacto: a interação soluto-solvente au-menta quanto maior for a área de contacto entre estes. Ou seja, é mais rápida a dissolução de uma substância se esta estiver em pó em vez de estar num bloco.

Agitação: ao agitar a solução, novas camadas de soluto vão entrando em contacto com o solvente, sendo a dis-solução mais rápida. Ou seja, se fores mexendo a mistu-ra, a dissolução é mais rápida.

Temperatura: O aumento da temperatura favorece a agitação das moléculas, o que facilita a dissolução. Ou seja, é mais fácil dissolver um soluto num solvente quen-te do que num solvente frio.

Pressão: Influencia a solubilidade dos gases.

Soluções

Gasosa

LíquidaLíquida

Líquida

Gás

Gás

LíquidaLíquidaLíquida Sólido

Gás

Líquida

Ar

O2 em H2ONaCI em H2O

Álcool em H2O

SolutoSolvente Exemplos

Experiência 3|Solubilidade: Cristais

A maioria dos sólidos na natureza são cristalinos, ou seja, os seus átomos, moléculas ou iões estão ordenados geometricamente no espaço.

Esta estrutura ordenada nem sempre é aparente à vis-ta desarmada, pois muitos destes sólidos são formados por conjuntos de microcristais orientados de diferentes maneiras, formando uma estrutura policristalina, apa-rentemente amorfa (sem forma concreta).

Este estado ordenado de muitos sólidos contrasta com a “desordem” presente nos gases e nos líquidos.

Quando um sólido não tem uma estrutura cristalina, é denominado de amorfo. Os compostos unidos por liga-ções iónicas e que apresentam uma estrutura própria, são chamados de cristais.

A rede cristalina é uma das formas de ordenamento das moléculas e consiste numa estrutura com um número indefinido de iões, em que o número de cargas negati-vas é igual ao número de cargas positivas, sendo o con-junto eletricamente neutro.

Experiência 5|Ácido ou base?

Como comprovaste na experiência 1, podemos usar os nossos sentidos para identificar as substâncias. Um ou-tro sentido que também poderíamos usar é o sentido do gosto.

Este sentido permite-nos, por exemplo, saber se uma substância é ácida ou não. Nunca proves substâncias desconhecidas ou que não tenhas a certeza absoluta que são comestíveis.

Em química usam-se métodos mais científicos para de-terminar se uma substância é ácida ou não, indepen-dentemente de esta ser comestível ou não.

O sumo do limão e o vinagre são ácidos, e para o com-provar, bastaria colocares um pouco na boca. Ao ingeri-res os alimentos, zonas da nossa língua, chamadas rece-tores de gosto ou pupilas gustativas, analisam a comida e em seguida enviam a informação ao cérebro. Estes re-cetores apenas nos dão os quatro sabores básicos: doce, salgado, amargo e ácido.

Perceção do amargo

Perceção do ácido ou azedo

Perceção do salgado

Perceção do doce

Figura 11| Deteção dos diferentes sabores pela língua.

Page 12: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

12

No entanto, para a química, o conceito de ácido é muito mais complexo, e ao longo da história, foram surgindo várias definições e conceitos.

Vamos agora ver, muito resumidamente, alguns destes:

|| Definição de LavoisierLavoisier definiu os ácidos em termos da quantidade de “oxigénio” ou “formador de ácido” (do grego oxys, que significa ácido e geinomai, que significa criar).

Esta definição de Lavoisier manteve-se como uma ver-dade absoluta durante mais de 30 anos.

|| Definição de LiebigEsta definição foi proposta em 1838 e acabou com a distinção entre ácidos baseados em oxigénio e ácidos baseados em hidrogénio, que anteriormente era a que estava em vigor.

Segundo Liebig um ácido é uma substância que contém hidrogénio que pode ser substituído por um metal. Esta definição esteve em vigor até à adoção da definição de Arrhenius.

|| Definição de ArrheniusEsta definição deu a Arrhenius o prémio Nobel da quí-mica em 1903.

Define as reações ácido-base como aquelas em que os ácidos são os elementos que se dissociam em solução aquosa, formando iões hidrogénio (H+), que posterior-mente foram chamados de catiões hidrónio (H3O+).

As bases são aquelas que formam aniões hidróxido (OH−).

A tradicional definição do conceito de ácido- -base de Arrhenius pode ser posta como: a formação de água a partir de iões hidrónio e hidróxido, ou como a formação de iões hidrónio e hidróxido provenientes da dissocia-ção de um ácido e de uma base em solução aquosa:

H+ (H3O+) (aq) + OH− (aq) ---> H2O

|| Definição de Brönsted-LowryEsta definição baseia-se na capacidade dos ácidos doa-rem iões de hidrogénio (H+) às bases que por sua vez os aceitam, ou seja, na protonação de bases por desproto-nação dos ácidos.

A definição de Brönsted-Lowry não se refere à formação de sais e água, mas sim à formação de ácidos conjuga-dos e de bases conjugadas, produzidas através da trans-ferência de um protão do ácido para a base.

Daqui temos a seguinte definição: um ácido é um com-posto que pode doar um protão e uma base é um com-posto que pode receber um protão.

Por exemplo, a eliminação de H+ do ácido clorídrico (HCl) produz o anião cloreto (Cl-). Esta é a base conjuga-da do ácido:

HCl ---> H+ + Cl−

A adição de H+ ao anião hidróxido (OH-), uma base, pro-duz água, o seu ácido conjugado:

H+ + OH− ---> H2O

Outro exemplo é a protonação do amoníaco (NH3), uma base, para formar o catião amónio (NH4

+), o seu ácido conjugado:

H+ + NH3 ---> NH4+

Esta reação pode ocorrer na ausência de água, como no caso da reação do amoníaco com o ácido acético (CH3COOH).

Este último é também conhecido como vinagre e, mais à frente neste manual, vais poder confirmar a seguinte reação:

CH3COOH + NH3 ---> NH4+ + CH3COO−

Esta definição fornece também uma explicação para a dissociação espontânea da água em baixas concentra-ções de iões hidrónio e hidróxido:

H3O+ + OH− ---> 2H2O

A fórmula geral para as reações ácido-base segundo Brönsted-Lowry é:

AH + B ---> BH+ + A−

Onde AH representa o ácido, B representa a base, BH+ re-presenta o ácido conjugado de B, e A- representa a base conjugada de AH.

Sabias que...A água pode atuar como um ácido ou como uma base?A isto dá-se o nome de anfótero, onde uma molécula de água atua como um ácido, doando um ião H+ e formando uma base conjugada OH-.

E uma segunda molécula de água atua como uma base, aceitando o ião H+, formando o ião H3O

+.

Page 13: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

13

|| Definição de LewisA definição de Lewis define uma base (chamada base de Lewis) como o composto que pode doar um par eletró-nico e um ácido (ácido de Lewis) como o composto que pode receber o dito par eletrónico.

Por exemplo, vamos ver a seguinte reação ácido-base:

HCl (aq) + NaOH (aq) ---> H2O (l) + NaCl (aq)

Sendo o ácido o ião H+ e a base o ião OH-, que tem um par iónico não-compartilhado. Assim sendo, a reação ácido-base aqui presente, de acordo com a definição de Lewis, é a doação do par eletrónico do ião OH- ao ião H+.Isto forma uma ligação entre H+ e OH−, que produz água (H2O).

|| Conceito de pHEste é o conceito usado para medir a acidez ou basici-dade de uma solução ou de um composto, e define-se como a quantidade de H+ e de OH- presentes na dita solução ou composto.

Se tens uma piscina ou se já presenciaste a manutenção de uma piscina, terás certamente reparado que um dos passos é a medição dos níveis de pH da água.

O que se faz nesse momento é medir a acidez da água da piscina, já que esta tem que se manter a um dado nível que impeça a água de ficar suja pela presença de pequenos animais ou plantas aquáticas.

No entanto, esta acidez também tem que se manter den-tro de níveis que não sejam prejudiciais para a nossa pele.

A escala de pH foi estabelecida para calcular os níveis de acidez, e os seus valores numéricos são dados pela seguinte fórmula:

pH = - log [H+]

Também se pode calcular o valor de pOH:

pOH = - log [OH-]pH + pOH = 14

Estas fórmulas podem servir para calcularmos diversos problemas que nos sejam colocados relativamente a ácidos e bases.

A escala de valores será sempre entre 0 e 14, sendo 0 o mais ácido e 14 o mais básico.

Considera-se o 7 como o valor neutro, em que a quanti-dade de H+ e de OH- é a mesma. Já ouviste certamente dizer que o pH da pele é de aproximadamente 5.5, ou seja, que esta é ligeiramente ácida.

É precisamente esta acidez uma das propriedades da pele que a tornam numa barreira contra os ataques de muitos microorganismos que morrem a estes níveis de acidez.

Temos, em seguida, uma escala de pH com exemplos de diversos compostos comuns.

|| DissoluçõesQuanto às dissoluções dos ácidos e das bases:

- Se dissolvermos uma substância básica em água pura, aumenta a concentração de iões hidróxido (OH-) no meio. Para que se cumpra o equilíbrio iónico da água, deverá diminuir a concentração de iões hidrónio.

- Se dissolvermos uma substância ácida em água pura, esta dissocia-se originando protões (H+), aumentando assim a concentração destes e diminuindo a concentra-ção de iões hidróxido (OH-), para que se cumpra o equi-líbrio iónico da água.

Lembra-te! O equilibrio iónico da água:

2 H2O ---> H3O+ (H+) + OH−

0

7

14

1

2

3

4

5

6

8

9

10

11

12

13

Ácido de bactérias

Sumo de limão Vinagre

Sumo de laranja

Café

NeutroLeite / Sangue

Água do mar

Lixívia

Men

os á

cido

Mai

s ác

ido

Figura 12| Escala de pH.

Page 14: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

14

Tens então as seguintes relações:

- Dissolução ácida quando [H+] > [OH-]- Dissolução neutra quando [H+] = [OH-]- Dissolução básica quando [H+] < [OH-]

Como numa dissolução aquosa neutra cumpre--se o princípio de que [H3O+] = [OH-] = 10-7 M, temos:

Dissolução ácida quando:

[H3O+] ou [H+] > 10-7 M ---> pH < 7

Dissolução neutra quando:

[H3O+] ou [H+] = 10-7 M ---> pH = 7

Dissolução básica quando:

[H3O+] ou [H+] < 10-7 M ---> pH > 7

Experiência 7|Fábrica de gás

Vamos repetir uma das experiências já realizadas, mas desta vez vamos analisá-la de outro ponto de vista.

Vamos ver como é que reage o bicarbonato de sódio (NaHCO3) com substâncias de caráter ácido.

Vais ver como é que o bicarbonato se decompõe e liber-ta gás (dióxido de carbono) quando se adiciona sumo de limão ou vinagre.

Isto acontece porque estas substâncias têm dissolvidas em si, ácidos. Ácido cítrico no caso do limão e ácido acé-tico no caso do vinagre.

A reação química que tem lugar é a seguinte:

NaHCO3 + Ácido --> Na-Ácido + CO2 + H2O

Desta reação obtêm-se como produtos um sal (Na-Ácido), que se dissolve na água (H2O), e dióxido de carbono (CO2) que, sendo um gás, borbulha através do líquido.

Experiência 10|Combustão

A resposta das substâncias ao serem submetidas a uma fonte de calor tem como base o seu calor específico ou capacidade calorífica. Esta é uma magnitude física que indica a capacidade de uma substância para armazenar calor.

De uma forma mais formal, é a energia necessária para aumentar uma unidade de temperatura a uma dada quantidade de substância.Representa-se pela letra C.

É necessária mais energia para aumentar a temperatura de uma substância com um valor elevado de calor espe-cífico do que outra com um valor mais baixo.

Por exemplo, é necessário oito vezes mais energia para aumentar a temperatura de um pedaço de magnésio do que um pedaço de chumbo com a mesma massa.

O calor específico é uma propriedade representativa de cada substância, enquanto que a capacidade calorífica, da qual está dependente, é uma propriedade que é re-presentativa de cada corpo em particular.

O calor específico da água é de 4180 J/Kg, enquanto que o do ferro é de 460 J/Kg. Um litro de água demora mais a aquecer que uma barra de 1 Kg de ferro e o seu calor específico é quase 10 vezes maior.

Sabias que...Na produção de refrigerantes o gás contido nas be-bidas gaseificadas é obtido de forma semelhante?

Page 15: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

15

6.Questionário

1| O que é um ião? a) É a unidade mais pequena de um elemento químico que mantém a sua identidade e propriedades, não sen-do possível de dividir por processos químicos b) É uma partícula carregada, constituída por um áto-mo ou conjunto de átomos que ganharam ou perderam eletrões c) É uma partícula formada por um conjunto de áto-mos unidos por ligações covalentes

2| A ligação eletrostática entre átomos que têm uma grande diferença de ele-tronegatividade recebe o nome de? a) Ligação covalente b) Pontes de hidrogénio c) Ligação iónica

3| Que tipo de recetores temos no nariz? a) Nasorecetores b) Mecanorecetores c) Quimiorecetores

4| Qual é o nome científico do açúcar que usas geralmente? a) Sacarose b) Frutose c) Lactose

5| Que tipo de ligação intermolecular apresenta a molécula de água? a) Metálica b) Iónica c) Pontes de hidrogénio

6| Que nome tem a propriedade da mo-lécula de água que faz com que tenhas frio quando sais do banho? a) Calor específico b) Forças de adesão c) Capacidade calorífica

7| Como é que o aumento da tempera-tura afeta a solubilidade? a) Não afeta b) Aumenta a solubilidade c) Diminui a solubilidade

8| Como é que Lewis define um ácido? a) Uma substância que queima a pele b) Um composto que pode receber um par eletrónico de uma base c) Uma substância que ao ser ingerida é rejeitada pelo nosso corpo

9| Como se considera uma substância com um pH de 8? a) Básica b) Ácida c) Neutra

10| Se aquecermos 1 litro de água e um quilo de ferro, qual é que aquece mais rapidamente? a) O quilo de ferro vai demorar mais tempo a aquecer do que um litro de água, pois o seu calor específico é quase 10 vezes maior b) O litro de água vai demorar mais tempo a aquecer do que um quilo de ferro, pois o ferro é mais resistente c) O litro de água vai demorar mais tempo a aquecer do que um quilo de ferro, pois o seu calor específico é quase 10 vezes maior

1-b2-c3-c4-a5-c

6-c7-b8-b9-a

10-c

Page 16: Revista%2 bvasp%2b quimica%2bconteudo%2bonline%2bv03

A tua revista de Ciência A tua revista de Ciência A tua revista de Ciência A tua revista de Ciência

Campos de Férias

Cientista por uma semana!

Cientista na Universidadeou Cientista em casa

| Campos de Férias de Páscoa

|90 minutos de experiências científicas

| Campos de Férias de Verão| Campos de Férias de Natal

Na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa

Festas de Aniversário

science4you.ptscience4you.ptEsta edição, incluindo todas as suas partes, está protegido pela lei do copyright. Sem o consentimento do autor, todo o uso fora dos contornos da lei do copyright estão

proibidos e sujeitos a multas. A lei aplica-se em particular a reproduções, traduções, micro�lmes, armazenamento e processamento em formato digital, redes e média. Não assumimos garantia que todas as instruções neste manual estão livres de copyright.

Oferta de brinquedocientífico

Tel: +351 21 750 01 80E-mail: [email protected]