Química

Frente 1Capítulo 1: A matéria 112

Frente 2Capítulo 1: Modelos atômicos 122

Capítulo 2: Estudando o átomo 130

Capítulo 3: Os elétrons 136

Sumário

112

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GIN

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SCO

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EA

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M, M

AIK

SPO

HN

| DR

EA

MST

IME

.CO

M

QUÍMICA

A matéria

frente 1

113

A matériaCapítulo 1

1. A matéria

1.1. Alguns conceitos úteis

Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço. A matéria pode ser visível ou não: vários gases, como O2, N2, CO2 ou o ar que respiramos não são visíveis, mas são matéria. A ausência de matéria é o vácuo. As propriedades que a matéria apresenta podem ser divididas em propriedades gerais e propriedades específi cas.

Propriedades gerais – São características que por si só não permitem identifi car um determinado material, pois são comuns a todas as matérias.

Exemplos:

1. Impenetrabilidade: dois corpos não podem ocupar o mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo.

2. Compressibilidade: a ação de uma força externa pode diminuir o volume ocupado por um conjunto de partículas.

3. Divisibilidade: é possível dividir a matéria em porções menores, sem que haja mudança na sua composição.

400

300

200

100

400

300

500 cm3 500 cm3

Uma pedra passa a ocupar o espaço da água quando colocada em um volume de água.

Tapando-se o orifí cio de uma seringa, é possível diminuir o volume do ar dentro dela aplicando uma força sobre o êmbolo.

4. Indestrutibilidade: não é possível destruir a maté-ria; apenas transformá-la.

© VKOLETIC | DREAMSTIME.COM

Um martelo esmagando uma pedra

O petróleo é formado a partir da decomposição da matéria orgânica por milhares de anos

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SOFIAW

OR

LD | D

RE

AM

STIM

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OM

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5. Inércia: o estado de movimento ou de repouso de um corpo tende a se manter inal-terado, a menos que seja submetido a uma força externa.

Propriedades específi cas – São as características próprias de cada material. Um determinado conjunto delas pode ser sufi ciente para se defi nir um material em particular. Tais propriedades podem ser:

• organolépticas: ligadas aos sentidos, como a cor ou o sabor;• fí sicas: densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição;• químicas: relativas às transformações químicas que podem sofrer.

© SERBAN ENACHE | DREAMSTIME.COM

Barcos e navios fl utuam na água porque a densidade deles é menor que a da água.

2. Ponto de fusão: é a temperatura na qual uma subs-tância passa do estado sólido para o líquido.

3. Ponto de ebulição: é a temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o gasoso.

© MATTIAATH | DREAMSTIME.COM

A 1 atm, o gelo sofre ebulição a 100 oC.

As propriedades da matéria ainda podem ser classifi cadas em intensivas (não dependem da quantidade de material), como densidade, ou extensivas (dependem da quantidade de material), como a massa ou o volume. As propriedades detectadas pelos sentidos, como cor ou gosto, são denominadas organolépticas.

Exemplos:

1. Densidade: relação entre a massa e o volume de um corpo, d=m ⁄ V.

Quando estamos em um automóvel que é freado bruscamente, temos a sensação de sermos arremessados para a frente, devido à inércia.

A 1 atm, o gelo sofre fusão a 0 oC.

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MC

ECH

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1.2. Estados fí sicos da matéria

Dividimos a matéria em três estados fí sicos: sólido, líquido e gasoso. As diferenças desses estados podem ser entendidas considerando-se o nível de agregação das partículas e analisando-se a sua forma e o seu volume.

Sólido – Possui forma e volume defi nidos e as partí-culas que constituem este estado encontram-se forte-mente agregadas.

Líquido – Possui volume defi nido, mas forma inde-fi nida e as partículas que constituem este estado encontram-se moderadamente agregadas.

Gasoso – Possui forma e volume indefi nidos e as partículas que constituem este estado encontram-se desagregadas.

Agora, vamos estudar as mudanças que ocorrem entre os estados fí sicos explicados acima. Observe o diagrama a seguir, o qual indica todas as mudanças de estados fí sicos possíveis:

Fusão

Solidificação

Sublimação

Sublimação

Vaporização

Liquefação(condensação)

Sólido Líquido Gasoso

O processo de vaporização pode ocorrer de três formas distintas:

• Evaporação – Processo lento, que ocorre em qualquer temperatura.

• Ebulição – Processo vigoroso, que ocorre na temperatura de ebulição do líquido.

• Calefação – Processo que envolve mudança de estado brusca e instantânea. Ocorre quando um líquido tem sua temperatura elevada repentina-mente, como água em contato com uma chapa de metal aquecida.

As transformações de estado podem ser classifi ca-das em:

• Endotérmicas – Absorvem calor para ocorrer. São endotérmicas a fusão, a ebulição e a sublimação.

• Exotérmicas – Liberam calor para ocorrer. São exotérmicas a condensação, a solidifi cação e a sublimação.

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50, P

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1.3. Um pouco mais sobre densidade

Densidade ou massa específi ca é uma proprie-dade específi ca da matéria muito importante no estudo tanto da química como da fí sica. Trata-se da razão massa pelo volume, ou seja:

d =mV

A unidade de densidade no SI é o quilograma por metro cúbico (kg/m3), embora as unidades mais uti-lizadas sejam o grama por centímetro cúbico (g/cm3) ou o grama por mililitro (g/mL).

A densidade de uma substância depende da tem-peratura. A tabela a seguir mostra a densidade de alguns materiais:

Material Densidade (g/cm3)Água 1,00Ferro 7,86

Carvão 0,57

O carvão flutua na água porser menos denso do que ela.

O ferro afunda na águapor ser mais denso do que ela.

2. Substância e mistura

Neste tópico, vamos aprender a diferença entre substância e mistura e como classifi cá-las.

Substância pura – É toda matéria formada por um único componente (átomo ou molécula) e, por isso, possui fórmula defi nida.

Água - H2O

Oxigênio - O2 Etanol - C2H5OH Nitrogênio – N2

Ferro - Fe

As substâncias puras podem ser classifi cadas da seguinte forma:

• Substância pura simples – É aquela consti-tuída de um único elemento. As substâncias simples não sofrem decomposição, transformando-se em outros compostos. Exemplos:

Ferro - Fe Enxofre - S8

Ozônio - O3

• Substância pura composta – É aquela formada por dois ou mais elementos. Podem sofrer decom-posição, transformando-se em novas substâncias. Exemplos:

Água - H2OEtanol - C2H5OH

Dióxido decarbono - CO2

Glicose - C6H12O6

Mistura – É toda matéria formada por dois ou mais componentes, ou seja, possui no mínimo duas moléculas (ou substâncias iônicas) misturadas, mas não ligadas quimicamente entre si. Exemplos:

20% O2

80% N2

96% etanol

H2O

Íon Na+

Íon Cl–

4% H2O

Aratmosférico

Álcool 96°GL

Água doMar

117117

2.1. Gráfi cos de mudança de estado fí sico

Pode-se distinguir uma mistura de uma substância pura analisando-se o seu comportamento na mudança de estado e confeccionando-se um gráfi co (temperatura x tempo) de mudança de estado (aquecimento ou res-friamento). Este foi um dos primeiros métodos experimentais desenvolvidos para defi nir se um material é substância pura ou mistura.

Substância pura – Características: temperaturas de fusão e de ebulição constantes.Exemplo: H2O

T (°C)

T ebulição

T fusão

Substância Pura

Fusão

Ebulição

L + G

G

L

S + L

S

t1 t2 t3 t4 t5 t (min.)

Mistura comum – Características: temperaturas de fusão e de ebulição variáveis.Exemplo: H2O + Sal (NaCl)

T (°C)

ebulição

fusão

Mistura comum

Fusão

Ebulição

L + G

G

L

S + L

S

t1 t2 t3 t4 t5 t (min.)

Mistura eutética – Características: temperatura de fusão constante e temperatura de ebulição variável.Exemplo: liga metálica constituída por 60% de cádmio e 40% de bismuto.

T (°C)

ebulição

fusão

Mistura Eutética

Fusão

Ebulição

L + G

G

L

S + L

S

t1 t2 t3 t4 t5 t (min.)

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Mistura azeotrópica – Características: temperatura de fusão variável e temperatura de ebulição constante.Exemplo: álcool 96 ºGL (96% álcool e 4% água).

T (°C)

ebulição

fusão

Mistura Azeotrópica

Fusão

Ebulição

L + G

G

L

S + L

S

t1 t2 t3 t4 t5 t (min.)

3. Tipos de substâncias puras e de misturas

3.1. Sistema

Um sistema é uma porção limitada da matéria a ser estudada; é sinônimo de material. Não se deve confundir com mistura, pois o sistema pode ser tanto uma substância pura quanto uma mistura:

Um recipiente contendo água e alguns cubos de gelo (substância pura, apenas H2O) é um exemplo de sistema.

Uma amostra de granito (mistura de três diferentes minerais) é um exemplo de sistema.

3.2. Classifi cação dos sistemas

Os sistemas podem ser classifi cados como homo-gêneos ou heterogêneos:

Sistema homogêneo – Apresenta aspectos fí sicos e químicos uniformes em toda a sua extensão, mesmo quando a amostra é analisada através de microscó-pio. Exemplos:

Água mineral Álcool hidratado

Sistema heterogêneo – Possui duas ou mais fases distintas e não apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja exa-minado. Exemplos:

Água (H2O líquido) e gelo (H2O sólido)

Água e óleo

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IKR

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DR

EA

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M

119

Sistem isoladoNão troca matéria nem

energia com meio

Sistema fechadoTroca energia com o meio, mas não troca

matéria

Sistema abertoTroca de matéria e energia com o meio

Os sistemas também podem ser classifi cados quanto ao número de fases. As fases são diferentes porções da matéria e suas propriedades fí sicas e quí-micas distintas são delimitadas por superfí cies de separação. Abaixo, são mostrados um sistema mono-fásico e um bifásico, mas existem sistemas trifásicos e polifásicos (4 ou mais fases).

Sistema monofásico 1 fase

Sistema bifásico 2 fase

Ainda, pode-se classifi car os sistemas quanto à sua relação com o meio que os cerca, como mostrado nos exemplos a seguir:

Agora, podemos classifi car as misturas como homogêneas ou heterogêneas. Veja alguns exem-plos abaixo:

Mistura homogênea

Mistura heterogênea

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120

Toda mistura gasosa é homogênea, independente-mente da natureza dos gases que a compõem ou da proporção deles.

A seguir é apresentado um quadro sinótico mos-trando a relação entre sistema, substância pura e mistura:

Sistemas

Simples (umúnico elemento)

Composta (doisou mais

elementos)

Homogênea(uma fase)

Heterogênea(duas ou

mais fases)

Substância pura

Mistura

3.3. Alotropia

Alotropia é a propriedade de um determinado ele-mento químico poder formar duas ou mais substân-cias simples diferentes. Essas substâncias são cha-madas alótropos e apresentam diferenças em suas estruturas moleculares, seja na atomicidade (quanti-dade de átomos por molécula), seja no arranjo mole-cular. Os alótropos apresentam propriedades físico-químicas diferentes. Podem-se citar alguns elemen-tos que apresentam alotropia:

Oxigênio

O2Gás oxigênioIncolor e inodoro

O3Ozônio

Levemente azulado epossui cheiro característico

Apresenta os alótropos o oxigênio (O2) e o ozô-nio (O3), que possuem diferentes atomicidades.

GrafiteÁtomos arranjadosem camadas planas

DiamanteArranjo tetraédrico

FulerenoArranjo especialformando uma

estrutura fechada

Carbono

O grafite apresenta os átomos arranjados

em camadas planas (formadas por

hexágonos) sobrepos-tas e que podem

deslizar uma sobre as outras. O grafite é macio e por isso é

utilizado como lubrificante, além de

conduzir corrente elétrica.

Apresenta os alótropos grafite, diamante e fulereno, que possuem diferentes arranjos moleculares.

Enxofre

EnxofreRômbico

EnxofreMonoclínico

O enxofre tem fórmula S8 e existe nas formas estruturais rômbica e monoclínica.

Fósforo brancoP4

Fósforo vermelhoPn

... ...

Fósforo

Possui os alótropos fósforo branco (P4), muito reativo se exposto ao ar, e fósforo vermelho (Pn), menos reativo.

121

Anotações