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Apresentação de título de livro N O M E D O A U T O R Revisado por: Diogo Martins Diogo Martins Bruno Baker Sobre o autor “Meu objetivo é converter em fácil aquilo que os outros chamam de difícil” -Bruno Baker ►Professor de ciências exatas desde os 16 anos ►Cursando Engenharia de Petróleo na UENF ►Autor de vários outros e-books ►Fundador da página Calculiverso @brunobaaker @calculiverso https://www.instagram.com/brunobaaker/ https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Qual é o objetivo deste e-book? Minha intenção com esse material é não somente te mostrar os dez assuntos que mais caem na prova de química do ENEM, mas também te dar dicas sobre como lidar com essa área e técnicas para resolver as questões de química com eficácia, sem perda de tempo. Além de apresentar os conteúdos mais recorrentes no exame, eu também os explico de forma didática, para que você possa não apenas conhece-los, mas também aprender. Tome esse livro como um guia que, se você focar nas matérias contidas nele, certamente irá tirar uma ótima nota no ENEM. Diogo Martins Sumário Quais tópicos iremos estudar neste e-book? ►Introdução ►Ligações químicas, polaridade e forças ►Reações orgânicas ►Compostos orgânicos ►Eletroquímica ►Leis ponderais e estequiometria ►Soluções ►Estados físicos, sistemas e misturas ►Equilíbrios, hidrólise e solubilidade ►Reações inorgânicas ►Termoquímica ►Dicas finais Diogo Martins Introdução Um breve resumo do que cai em química no ENEM Diogo Martins QUÍMICA NO ENEM: O QUE MAIS É COBRADO? Dividindo espaço com a Física e a Biologia, as questões de Química correspondem a 36,3% da prova de Ciências da Natureza do Enem (é a mais cobrada no exame). Por isso é tão importante que você saiba o que priorizar dessa disciplina na reta final de preparação para o Enem! Afinal, sabendo que a química orgânica é a que mais aparece na prova, você pode pegar mais leve na inorgânica e usar esse tempo para revisar o que tem mais chances de ser abordado. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUÍMICA NO ENEM: O QUE MAIS É COBRADO? Em Química, além da atenção especial aos compostos orgânicos (que englobam as reações e funções orgânicas, estrutura de hidrocarbonetos, fermentação, polímeros, dentre outros) também vale a pena ficar atento às relações entre energia e química — que envolvem equações termoquímicas, reação de oxirredução, pilhas e até conceitos de radioatividade. Tudo isso, é claro, associado a questões de atualidades e às aplicações que esses conceitos podem ter no dia a dia. Na orgânica, por exemplo, é muito comum os polímeros serem explorados a partir do viés ecológico e do plástico. O mesmo pode se aplicar à energia química e debates sobre sustentabilidade. O lixo atômico e os impactos dos combustíveis fósseis, por exemplo, aparecem com frequência na prova. A água também é um universo à parte para a Química: podem ser cobradas questões sobre solubilidade, concentração de soluções, propriedades e estrutura, conceitos de ácido e base, condutibilidade elétrica e outros, chegando até a importância dessa substância para a vida animal e vegetal. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins PRESTE MUITA ATENÇÃO NESSA TABELA ASSUNTOS DE QUÍMICA TAXA DE RECORRÊNCIA DENTRO DOS 36,3% DA PROVA DE CIÊNCIAS DA NATUREZA NO ENEM Ligações químicas, polaridade e forças 13,4% Reações orgânicas 11% Compostos orgânicos 9,8% Eletroquímica 8,5% Leis ponderais e estequiometria 8,5% Soluções 7,3% Estados físicos, sistemas e misturas 6,1% Equilíbrios, hidrólise e solubilidade 4,9% Reações inorgânicas 4,9% Termoquímica 4,9% Radioatividade 3,7% Cinética química 2,4% Isomeria 2,4% Modelos atômicos e distribuição eletrônica 2,4% Propriedades das substâncias e forças intermoleculares 2,4% Aminoácidos, proteínas, lipídeos e carboidratos 1,2% Caráter ácido-básico de substâncias orgânicas 1,2% Oxirredução 1,2% Polímeros 1,2% Propriedades coligativas 1,2% Propriedades periódicas dos elementos 1,2% Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Nos dados da tabela acima, conseguimos identificar os assuntos que mais possuem o costume de cair na prova de química do ENEM. Vale a pena ressaltar que essas porcentagens foram obtidas com base no índice citado na introdução deste e-book (as questões de Química correspondem a 36,3% da prova de Ciências da Natureza do Enem) O importante mesmo é que agora temos o conhecimento dos 10 assuntos mais recorrentes na prova de química do ENEM. Nos capítulos seguintes, iremos explicar cada um deles e conferir questões de edições passadas do ENEM. Além disso, no último capítulo, irei te contar mais algumas dicas para você mandar bem na prova de química. Vamos lá! Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 1 Ligações químicas, polaridade e forças – 13,4% Diogo Martins LIGAÇÕES QUÍMICAS As ligações químicas correspondem à união dos átomos para a formação das moléculas. Em outras palavras, as ligações químicas acontecem quando os átomos reagem entre si. São classificadas em: ligação iônica, ligação covalente, ligação covalente dativa e ligação metálica. ►TEORIA DO OCTETO Na Teoria do Octeto, criada por Gilbert Newton Lewis (1875- 1946), químico estadunidense e Walter Kossel (1888- 1956), físico alemão, surgiu a partir da observação de alguns gases nobres e algumas características como por exemplo, a estabilidade desse elementos preenchidas por 8 elétrons na Camada de Valência. A partir disso, a "Teoria ou Regra do Octeto" postula que um átomo adquire estabilidade quando possui 8 elétrons na camada de valência (camada eletrônica mais externa), ou 2 elétrons quando possui apenas uma camada. Para tanto, o átomo procura sua estabilidade doando ou compartilhando elétrons com outros átomos, donde surgem as ligações químicas. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins TIPOS DE LIGAÇÕES QUÍMICAS ►LIGAÇÃO IÔNICA Também chamada de ligação eletrovalente, esse tipo de ligação é realizada entre íons (cátions e ânions), daí o termo "ligação iônica". Os Íons são átomos que possuem uma carga elétrica por adição ou perda de um ou mais elétrons, portanto um ânion, de carga elétrica negativa, se une com um cátion de carga positiva formando um composto iônico por meio da interação eletrostática existente entre eles. Exemplo: Na+Cl- = NaCl (cloreto de sódio ou sal de cozinha) ►LIGAÇÃO COVALENTE Também chamada de ligação molecular, as ligações covalentes são ligações em que ocorre o compartilhamento de elétrons para a formação de moléculas estáveis, segundo a Teoria do Octeto; diferentemente das ligações iônicas em que há perda ou ganho de elétrons. Além disso, os pares eletrônicos é o nome dado aos elétrons cedido por cada um dos núcleos, figurando o compartilhamento dos elétrons das ligações covalentes. Como exemplo, observe a molécula de água H2O: H - O - H, formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio em que cada traço corresponde a um par de elétrons compartilhado formando um molécula neutra, uma vez que não há perda nem ganho de elétrons nesse tipo de ligação. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►LIGAÇÃO COVALENTE DATIVA Também chamada de ligação coordenada, a ligação covalente dativa é semelhante à dativa, porém ela ocorre quando um dos átomos apresenta seu octeto completo, ou seja, oito elétrons na última camada e o outro, para completar sua estabilidade eletrônica necessita adquirir mais dois elétrons. Representada por uma seta um exemplo desse tipo de ligação é o composto dióxido de enxofre SO2: O = S → O Isso ocorre porque é estabelecida uma dupla ligação do enxofre com um dos oxigênios a fim a de atingir sua estabilidadeeletrônica e, além disso, o enxofre doa um par de seus elétrons para o outro oxigênio para que ele fique com oito elétrons na sua camada de valência. ►LIGAÇÃO METÁLICA É a ligação que ocorre entre os metais, elementos considerados eletropositivos e bons condutores térmico e elétrico. Para tanto, alguns metais perdem elétrons da sua última camada chamados de "elétrons livres" formando assim, os cátions. A partir disso, os elétrons liberados na ligação metálica formam uma "nuvem eletrônica", também chamada de "mar de elétrons" que produz uma força fazendo com que os átomos do metal permaneçam unidos. Exemplos de metais: Ouro (Au), Cobre (Cu), Prata(Ag), Ferro (Fe), Níquel (Ni), Alumínio (Al), Chumbo (Pb), Zinco (Zn), entre outros. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins POLARIDADE E FORÇAS Polaridade e força intermolecular são dois conteúdos estudados em química que também ocupam o primeiro lugar dos assuntos que mais caem no ENEM. Envolvem as moléculas e suas ligações. Vamos entender melhor ambos os conceitos: ►O que é polaridade? Polaridade é a capacidade que uma ligação entre elementos químicos tem de atrair carga elétrica. Os elementos que sofrem com a polaridade são chamados de polares, enquanto que os que não possuem essa capacidade são chamados de apolares. Dentro da polaridade estudamos as ligações iônicas e covalentes. • Ligações iônicas: São aquelas em que ocorrem transferência definitiva de elétrons, formando compostos que podem ter carga positiva ou negativa. • Ligações covalentes: Nas ligações covalentes é levado em conta a escala de eletronegatividade, na qual o Fluor (F) é o elemento mais eletronegativo. Escala de eletronegatividade: F>O>N>Cl>Br>I>S>C>P>H Vale comentar que quando ocorre uma ligação covalente entre dois elementos iguais, este se torna apolar, pois tem o mesmo valor de eletronegatividade. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins POLARIDADE E FORÇAS ►O que é força intermolecular? Força intermolecular é a força que é exercida para que as moléculas se mantenham unidas. É também a responsável pelos estados físicos dos compostos químicos e está diretamente relacionada com a polaridade. Podem ser classificadas em: • Ligações de hidrogênio: Consideradas de forte intensidade, ocorrem apenas em moléculas polares que possuam hidrogênio ligado a um elemento eletronegativo. É mais forte devido à diferença de eletronegatividade entre o hidrogênio e o outro elemento a que está ligado. Ex: H2O. • Dipolo-Dipolo: Consideradas de média intensidade, ocorre em compostos polares, com os elétrons distribuídos de forma que o elemento mais negativo os atrai para ele. • Dipolo induzido: Consideradas ligações de fraca intensidade. Ocorrem em compostos apolares e polares. Quando há aproximação das moléculas formam-se dipolos, só que temporários. Por isso a ligação é considerada fraca, já que pode ser quebrada facilmente. Agora você já sabe o que é polaridade e força intermolecular. Como você viu, ambos têm relação com os tipos de ligação existentes entre os elementos químicos. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 2 Reações orgânicas- 11% Diogo Martins REAÇÕES ORGÂNICAS Reações orgânicas são as reações que acontecem entre compostos orgânicos. Há vários tipos de reações. Os principais são: de adição, de substituição, de oxidação e de eliminação. Elas ocorrem mediante a quebra de moléculas dando origem a novas ligações. Muito utilizadas na indústria, é a partir delas que podem ser produzidos medicamentos e produtos de cosmética, plásticos, dentre tantas outras coisas. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins REAÇÕES DE ADIÇÃO A reação de adição acontece quando as ligações da molécula orgânica se rompem e à ela é adicionado um reagente. Acontece principalmente em compostos cujas cadeias sejam abertas e que tenham insaturações, como alcenos ( ) e alcinos ( ). Confira a seguir exemplos de reações de adição. ►Hidrogenação (adição de hidrogênio) Hidrogenação de um alceno produz um alcano. ►Halogenação (adição de halogênios) Halogenação de um alceno produz um haleto. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins REAÇÕES DE SUBSTITUIÇÃO ►Hidratação (adição de água) Hidratação de um alceno produz um álcool. A reação de substituição acontece quando há átomos (ou um grupo) ligantes que são substituídos por outros. Acontece principalmente entre alcanos, ciclanos e aromáticos. Confira a seguir exemplos de reações de substituição. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Halogenação (substituição por halogênio) Halogenação de um alcano produz um haleto. ►Nitração (substituição por nitro) Nitração de um alcano produz um nitrocomposto. ►Sulfonação (substituição por sulfônicos) Sulfonação de um alcano produz um ácido. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins REAÇÕES DE OXIDAÇÃO A reação de oxidação, também chamada de oxirredução, acontece quando há ganho ou perda de elétrons. Confira a seguir exemplos de reações de oxidação. ►Oxidação enérgica dos alcenos Oxidação enérgica de um alceno produz ácidos carboxílicos. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Oxidação de álcool primário Oxidação enérgica de um álcool primário produz ácido carboxílico e água. ►Oxidação de álcool secundário Oxidação de um álcool secundário produz cetona e água. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins REAÇÕES DE ELIMINAÇÃO A reação de eliminação acontece quando um ligante de carbono é eliminado da molécula orgânica. Essa reação é contrária à reação de adição. Confira a seguir exemplos de reações de eliminação. ►Eliminação de hidrogênio (desidrogenação) Eliminação de hidrogênio de um alcano produz um alceno. ►Eliminação de halogênios (de-halogenação) Eliminação de halogênios de um di-haleto produz um alceno. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Eliminação de halogenidreto Eliminação de halogenidreto de um haleto produz um alceno. ►Eliminação de água (desidratação de álcool) Eliminação de água de um álcool produz um alceno. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (Enem/2018) Alguns materiais sólidos são compostos por átomos que interagem entre si formando ligações que podem ser covalentes, iônicas ou metálicas. A figura apresenta a energia potencial de ligação em função da distância interatômica em um sólido cristalino. Analisando essa figura, observa-se que, na temperatura de zero kelvin, a distância de equilíbrio da ligação entre os átomos (R0), corresponde ao valor mínimo de energia potencial. Acima dessa temperatura, a energia térmica fornecida aos átomos aumenta sua energia cinética e faz com que eles oscilem em torno de uma posição de equilíbrio média (círculos cheios), que é diferente para cada temperatura. A distância de ligação pode variar sobre toda a extensão das linhas horizontais, identificadas com o valor da temperatura, de T1 a T4 (temperaturas crescentes). O deslocamento observado na distância média revela o fenômeno da A) ionização B) dilatação C) dissociação D quebra de ligações covalentes. E) formação de ligações metálicas. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO O enunciado deixa claro que o aumento da temperatura promove um aumento da energia cinética das partículas e, também, um aumento da distância interatômica (visualizada no gráfico). Esse aumento da distância interatômica revela uma separaçãodos íons, evidenciando a ocorrência de uma dilatação térmica. Resp.: B Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2013) As fraldas descartáveis que contêm o polímero poliacrilato de sódio (1) são mais eficientes na retenção de água que as fraldas de pano convencionais, constituídas de fibras de celulose (2). A maior eficiência dessas fraldas descartáveis, em relação às de pano, deve-se às A) interações dipolo-dipolo mais fortes entre o poliacrilato e a água, em relação as ligações de hidrogênio entre a celulose e as moléculas de água. B) interações íon-íon mais fortes entre o poliacrilato e as moléculas de água, em relação às ligações de hidrogênio entre a celulose e as moléculas de água. C) igações de hidrogênio mais fortes entre o poliacrilato e a água, em relação às interações íon-dipolo entre a celulose e as moléculas de água. D) ligações de hidrogênio mais fortes entre o poliacrilato e as moléculas de água, em relação às interações dipolo induzido-dipolo induzido entre a celulose e as moléculas de água. E) interações íon-dipolo mais fortes entre o poliacrilato e as moléculas de água, em relação às ligações de hidrogênio entre a celulose e as moléculas de água. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO O grupamento presente na molécula do polímeropoliacrilato de sódio formará uma interação do tipo íon-dipolo com a água. Sendo esta mais forte em relação às ligações de hidrogênio presentes na interação entre as hidroxilas presentes na fibra de celulose e moléculas da água. Resp.: E Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 3 Compostos orgânicos- 9,8% Diogo Martins COMPOSTOS ORGÂNICOS A expressão compostos orgânicos surgiu há mais de 200 anos, inicialmente com o objetivo de identificar os compostos que eram produzidos por organismos vivos. Entretanto, hoje se sabe que os compostos orgânicos podem ser também sintetizados em laboratório e essa definição não é mais utilizada. Um exemplo clássico que mostrou que os compostos orgânicos poderiam ser sintetizados em laboratório foi à síntese da ureia a partir do cianeto de amônio, realizada em 1828 pelo químico Friedrich Wöhler: Atualmente podemos dizer que compostos orgânicos são aqueles formados por carbono, independente terem sido sintetizados ou não por organismos vivos. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Todas as moléculas orgânicas apresentam átomos de carbono além de, a grande maioria, átomos de hidrogênio. Entretanto, outros elementos chamados de heteroátomos, podem estar presentes ligados quimicamente entre 2 átomos de carbono da cadeia, tais como o oxigênio (O), nitrogênio (N), enxofre (S) , fósforo (P) e os halogênios, cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I). A ligação dos átomos de carbonos com os elementos citados acima, forma estruturas chamadas cadeias carbônicas, que são bastante estáveis, e que podem variar desde 2 até centenas de átomos de carbono. É importante ressaltar que para que seja considerado um heteroátomo o elemento deve estar localizado ia entre dois átomos de carbono na cadeia. No caso dos elementos O, S, N e P geralmente ocorrem duas ligações covalentes, já para F, Cl, Br e I, ocorre apenas 1. Cabe chamar atenção aqui também para o fato de que existem substâncias, que embora contenham carbono não são consideradas orgânicas. Essas substâncias são chamadas de inorgânicas e entre alguns podemos citar o diamante, o gás carbônico (CO2), carbonato de sódio (Na2CO3), etc. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins As diferentes formas como os átomos das cadeias carbônicas se ligam da origem a uma quantidade quase infinita de compostos orgânicos. Com isso eles podem ser agrupados de acordo com as classes funcionais, que é um conjunto de substância que apresentam propriedades químicas parecidas. As principais classes são: hidrocarbonetos, alcoóis, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, éteres, ésteres, aminas, amidas, haletos orgâni cos, fenóis, nitrocompostos, nitrilas, ácidos sulfônicos e compostos organometálicos. Além disso, podemos dividi-los em compostos orgânicos naturais ou sintéticos. Em relação aos naturais temos os ácidos nucleicos (DNA e RNA) carboidratos, lipídios, proteínas, gás metano, petróleo, entre outros. Já em relação aos sintéticos podemos destacar os detergentes, solventes, tintas, medicamentos, agrotóxicos, plásticos, combustíveis, etc. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Em relação às propriedades físico-químicas elas iram variar bastante, em função dos diferentes tipos de cadeias carbônicas. Em relação à polaridade, os compostos formados apenas por carbono e hidrogênio serão apolares, porém a presença de heteroátomos pode conferir certa polaridade as moléculas orgânicas. Os pontos de fusão são em geral inferiores aos de compostos inorgânicos, e isso acontece, pois ligações formadas entre as moléculas são covalentes, que são mais fracas, e necessitam de menor energia para se romper e o composto mudar de um estado físico para outro. Em relação à solubilidade em água, a maioria é praticamente insolúvel, porém a presença de heteroátomos pode aumentar um pouco essa solubilidade. Vale aqui a expressão semelhante dissolve semelhante. Uma grande parte dos compostos orgânicos pode sofre combustão, como é caso da gasolina, que é uma mistura de hidrocarbonetos, ou do etanol. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESUMO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2019) Uma das técnicas de reciclagem química do polímero PET [poli(tereftalato de etileno)] gera o tereftalato de metila e o etanodiol, conforme o esquema de reação, e ocorre por meio de uma reação de transesterificação. O composto A, representado no esquema de reação, é o a) Metano b) Metanol c) Éter metílico d) Ácido etanoico e) Anidrido etanoico Resposta: B. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2019) Os hidrocarbonetos são moléculas orgânicas com uma série de aplicações industriais. Por exemplo, eles estão presentes em grande quantidade nas diversas frações do petróleo e normalmente são separados por destilação fracionada, com base em suas temperaturas de ebulição. O quadro apresenta as principais frações obtidas na destilação do petróleo em diferentes faixas de temperaturas. Na fração 4, a separação dos compostos ocorre em temperaturas mais elevadas porque a) suas densidades são maiores. b) o número de ramificações é maior. c) sua solubilidade no petróleo é maior. d) as forças intermoleculares são mais intensas. e) a cadeia carbônica é mais difícil de ser quebrada. Resposta: D. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 4 Eletroquímica- 8,5% Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ELETROQUÍMICA A Eletroquímica é um ramo da Físico-Química que estuda as reações em que há transferência de elétrons (reações de oxirredução) e a sua conversão em energia elétrica, bem como o processo contrário, isto é, a conversão de energia elétrica em energia química. O primeiro processo é o que ocorre nas pilhas e baterias. As pilhas são dispositivos formados por dois eletrodos (um polo positivo, que é o cátodo, e um polo negativo, que é o ânodo), além de um eletrólito (solução condutora). Os elétrons são transferidos por um condutor externo do ânodo até o cátodo, formando uma corrente elétrica que é usada para ligar algum aparelho. As baterias são formadas por várias pilhas ligadasem série ou em paralelo. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Esse é um processo espontâneo e a energia é fornecida até que a reação química se esgote (caso das pilhas e baterias primárias, tais como a pilha seca de Leclanché e a pilha alcalina), ou então, no caso de reações reversíveis, pode-se aplicar uma diferença de potencial e inverter a reação, formando os reagentes de novo e recarregando a pilha que fica pronta para ser usada novamente (é o caso de pilhas e baterias secundárias, tais como a de chumbo, usada nos automóveis, e as de íon lítio, usadas nos aparelhos celulares). Pilhas e baterias primárias em primeiro plano e, em segundo, recarga de baterias secundárias (de chumbo e de íon lítio) Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Já o processo inverso não é espontâneo e é denominado de eletrólise. A eletrólise consiste na passagem de corrente elétrica vinda de algum gerador, como uma pilha ou bateria, por um líquido iônico. Se o líquido for alguma substância fundida, temos uma eletrólise ígnea, mas se for uma solução aquosa, temos uma eletrólise em meio aquoso. Ao se passar a corrente elétrica sobre o meio líquido, o gerador “puxa” os elétrons do polo positivo (ânodo - é o contrário da pilha) da cuba eletrolítica e transfere-os para o polo negativo (cátodo), ou seja, o cátodo sofre redução e o ânodo sofre oxidação. Assim, a energia elétrica fornecida pelo gerador é transformada em reações de oxirredução (energia química). Abaixo temos um esquema de eletrólise da água: A eletrólise é muito aplicada industrialmente na produção de substâncias importantes, como o alumínio, o gás cloro, o sódio metálico, e para purificar ou proteger vários metais, como em processos de eletrodeposição ou galvanoplastia, que consistem no revestimento de algum objeto por um metal, tais como a prateação, cobreação, niquelação, douração e cromação; quando o aço é revestido de zinco, é denominado de galvanização. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins OBJETOS DE ESTUDO DA ELETROQUÍMICA A Eletroquímica é o campo de pesquisas que estuda as relações existentes entre reações de oxidorredução e corrente elétrica. Essa área divide-se basicamente em dois ramos opostos: Pilhas e baterias: essa área estuda a transformação de energia química em energia elétrica. Nesses dispositivos, reações de oxirredução, em que há transferências de elétrons, produzem correntes elétricas que são utilizadas para fazer determinados equipamentos funcionarem. Esse é um processo espontâneo. Eletrólise: estuda como a energia elétrica é transformada em energia química. A passagem de corrente elétrica vinda de algum gerador (como uma pilha ou bateria), por um sistema líquido, produz reações de oxirredução. Visto que a corrente elétrica precisa ser fornecida, esse processo não é espontâneo. Em nossa sociedade, as interações entre eletricidade e transformações químicas tornam-se cada vez mais importantes, pois proporcionam um desenvolvimento da tecnologia, de descobertas de fontes de energia, de questões ligadas à Medicina, do bem-estar e comodidade para as pessoas e assim por diante. Por isso, não deixe de ler os textos desta seção e conferir o quanto a Eletroquímica é essencial para as nossas vidas. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2019) Grupos de pesquisa em todo o mundo vêm buscando soluções inovadoras, visando a produção de dispositivos para a geração de energia elétrica. Dentre eles, pode-se destacar as baterias de zinco-ar, que combinam o oxigênio atmosférico e o metal zinco em um eletrólito aquoso de caráter alcalino. O esquema de funcionamento da bateria zinco-ar está apresentado na figura. No funcionamento da bateria, a espécie química formada no ânodo é a) H2 (g). b) O2 (g). c) H2O (l) d) OH− (aq). e) Zn(OH)4 2− (aq). Resposta: E. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2018) Células solares à base de TiO2 sensibilizadas por corantes (S) são promissoras e poderão vir a substituir as células de silício. Nessas células, o corante adsorvido sobre o TiO2 é responsável por absorver a energia luminosa (hv), e o corante excitado (S*) é capaz de transferir elétrons para o TiO2. Um esquema dessa célula e os processos envolvidos estão ilustrados na figura. A conversão de energia solar em elétrica ocorre por meio da sequência de reações apresentadas. A reação 3 é fundamental para o contínuo funcionamento da célula solar, pois a) reduz íons I- a I3 -. b) regenera o corante. c) garante que a reação 4 ocorra. d) promove a oxidação do corante. e) transfere elétrons para o eletrodo de TiO2. Resposta: B. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2018) Para realizar o desentupimento de tubulações de esgotos residenciais, é utilizada uma mistura sólida comercial que contém hidróxido de sódio (NaOH) e outra espécie química pulverizada. Quando é adicionada água a essa mistura, ocorre uma reação que libera gás hidrogênio e energia na forma de calor, aumentando a eficiência do processo de desentupimento. Considere os potenciais padrão de redução (Eo) da água e de outras espécies em meio básico, expressos no quadro. Semirreação de redução Eo (V) 2 H2O + 2 e − → H2 + 2 OH − −0,83 Co(OH)2 + 2 e − → Co + 2 OH− −0,73 Cu(OH)2 + 2 e − → Cu + 2 OH− −0,22 PbO + H2O + 2 e − → Pb + 2 OH− −0,58 Al(OH)4 − + 3 e− → Al + 4 OH− −2,33 Fe(OH)2 + 2 e − → Fe + 2 OH− −0,88 Qual é a outra espécie que está presente na composição da mistura sólida comercial para aumentar sua eficiência? a) Al b) Co c) Cu(OH)2 d) Fe(OH)2 e) Pb Resposta: A. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 5 Leis ponderais e estequiometria - 8,5% Diogo Martins LEIS PONDERAIS As Leis Ponderais são as leis experimentais que regem as reações químicas em geral e são relativas às massas dos componentes dessas reações. São basicamente leis que relacionam as massas dos reagentes e produtos em uma reação química qualquer. As leis das reações químicas são divididas em dois grupos: Leis Ponderais e Leis Volumétricas, portanto a Lei de Gay Lussac não participa das Leis Ponderais. As Leis Ponderais surgiram no final do Século XVIII, e vários químicos e estudiosos da época possuem participação ativa na elaboração das mesmas. A seguir veremos mais especificamente cada uma delas. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►LEI DA CONSERVAÇÃO DE MASSA (LEI DE LAVOISIER) “Na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma.” (Antoine Lavoisier) Por volta de 1774, o químico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743 – 1794) contou com a colaboração de sua esposa Marie Anne Lavoisier para realizar experiências sobre combustão e calcinação de substâncias químicas, a fim de quantificar e verificar a variação de massa nessas reações químicas. A base para os experimentos realizados pelo Sr. e Sra. Lavoisier foi um experimento de 1760 do químico russo Mikhail Lomonosov. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Com o experimento, Lavoisier pôde notar que ao calcinar metais expostos ao ar, havia a formação de óxidos metálicos que tinham peso maior que o metal de partida, contudo, ao realizar a combustão de matéria orgânica como o carvão, também exposto ao ar, a massa final era menor que a massa de partida. Lavoisier então adquiriu maiores informações sobre as reações que aconteciam ao calcinar e realizar a combustão de diferentes compostos químicos e observou que o gás que ativava as reações de queima era o oxigênio (nome dado ao gás pelo próprio Lavoisier algum tempo depois),e que após realizar mais experimentos pôde deduzir que as reações de combustão e de calcinação são resultado da reação química da combinação do oxigênio com outros componentes. Realizando experimentos em sistemas fechados, que possibilitaram medir com maior precisão a massa dos reagentes e produtos das reações de calcinação e combustão, inclusive os reagentes e produtos gasosos que participam ativamente de tais reações, Lavoisier concluiu que as variações observadas nos experimentos realizados em sistema aberto se somadas as massas dos reagentes e produtos gasosos era constante no início e fim das reações de combustão e calcinação as quais os materiais eram submetidos Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Com a Lei de Lavoisier, podemos concluir então que numa reação química realizada em sistema fechado, a massa permanece constante do início ao fim da reação, ou seja, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos obtidos. m(reagentes) = m(produtos) A Lei de Lavoisier em sua forma originalmente proposta atualmente não se aplica apenas às reações nucleares, devido ao fato de que estas reações envolvem transmutações nucleares, onde há mutação dos núcleos dos reagentes, além da alteração da massa inicial dos núcleos dos reagentes que é sempre maior que a massa final dos núcleos dos produtos deste tipo de reação. ►LEI DAS PROPORÇÕES CONTANSTES OU DEFINIDAS (LEI DE PROUST) “Toda substância possui uma proporção constante, em massa, na sua composição, e a proporção na qual reagem e se formam é constante.” (Joseph Louis Proust) Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins O químico e farmacêutico francês Joseph Louis Proust (1754 – 1826), ao realizar experimentos relacionados à composição do carbonato de cobre, concluiu que, independentemente do método, procedência ou processo de preparação a proporção dos elementos químicos de sua composição era sempre a mesma. Esse experimento foi o que impulsionou Proust a, em 1794 ou 1797 (há variação de datas nas diferentes literaturas disponíveis) propor a Lei das Proporções Definidas, ou também como é conhecida, a Lei de Proust. Com experimentos realizados utilizando apenas substâncias puras, Proust pôde verificar que as massas tanto dos reagentes quanto dos produtos participantes da reação possuem sua proporção sempre constante, e isso independe das quantidades, por exemplo: H2 + ½ O2 → H2O 2g + 16g → 18g 0,4g + 3,2g → 3,6g Com o exemplo acima podemos concluir que, numa amostra de água, sempre haverá 11,1% em massa de hidrogênio e 88,9% em massa de oxigênio na composição. Também é possível observar que a soma das massas dos reagentes é igual a soma das massas dos produtos, e mesmo que haja mais que um reagente formando apenas um produto, suas proporções são sempre constantes. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►LEI DAS PROPORÇÕES MÚLTIPLAS (LEI DE DALTON) “Quando dois elementos formam duas ou mais substâncias compostas diferentes, se a massa de um deles permanecer fixa a do outro irá variar em uma relação de números inteiros e pequenos”. (John Dalton) John Dalton (1766 – 1844), foi químico, meteorologista e físico inglês que criou diversas teorias e é o fundador da teoria atômica moderna. Com a realização de experimentos voltados às massas dos reagentes e produtos de reações químicas, Dalton criou a Teoria das Proporções Múltiplas, onde a massa fixa de um dos elementos se combina com massas diferentes de um segundo elemento, formando compostos diferentes, por exemplo: Monóxido de carbono: 1C + ½ O2 → 1 CO Dióxido de carbono: 1C + 1 O2 → 1 CO2 Na primeira reação vemos a reação na proporção de 1:1, ou seja, para 1 átomo de carbono utiliza-se 1 átomo de oxigênio e o produto da reação é o monóxido de carbono. Já na segunda reação temos mantida a quantidade de carbono, porém a proporção de oxigênio é dobrada, sendo realizada na proporção 1:2, formando o dióxido de carbono. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Um dos exemplos mais encontrados na literatura para demonstrar a aplicação efetiva desta Lei é a formação de óxidos diversos, como por exemplo, os óxidos formados por nitrogênio: Genericamente podemos definir que: A + B → C ma + mb → mc A + B’ → C’ ma + m’b → m’c Mantendo a massa de um dos reagentes constante, a massa do(s) outro(s) reagentes e a massa do(s) produto(s) é(são) variável(eis). Nitrogênio Oxigênio Óxido Formado Proporção 28g 16g N2O 2:1 28g 32g N2O2 2:2 28g 48g N2O3 2:3 28g 64g N2O4 2:4 Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ESTEQUIOMETRIA A estequiometria é a forma de calcular as quantidades de reagentes e produtos envolvidos em uma reação química. Ela compreende cálculos matemáticos simples para conhecer a proporção correta de substâncias a serem usadas. Os princípios da estequiometria se baseiam nas Leis Ponderais, relacionadas com as massas dos elementos químicos dentro das reações químicas. Elas incluem: Lei de Lavoisier: Também chamada de “Lei de Conservação das Massas”. Baseia-se no seguinte princípio: "A soma das massas das substâncias reagentes em um recipiente fechado é igual à soma das massas dos produtos da reação". Lei de Proust: Também chamada de “Lei das Proporções Constantes”. Ela baseia-se em “Uma determinada substância composta é formada por substâncias mais simples, unidas sempre na mesma proporção em massa”. Assim, átomos não são criados ou destruídos em uma reação química. Logo, a quantidade de átomos de determinado elemento químico deve ser a mesma nos reagentes e nos produtos. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins COMO FAZER OS CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Existem várias formas de se resolver problemas com cálculos estequiométricos. Vamos seguir alguns passos para a sua resolução: Passo 1: Escreva a equação química com as substâncias envolvidas; Passo 2: Faça o balanceamento da equação química. Para isso, é preciso ajustar os coeficientes para que reagentes e produtos contenham a mesma quantidade de átomos, segundo as Leis Ponderais (Lei de Proust e Lei de Lavoisier); Passo 3: Escreva os valores das substâncias, seguindo os dados do problema e identificando o que se pede; Passo 4: Estabeleça a relação existente entre os números de moles, massa, volume. De acordo com os valores a seguir: Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO ENEM (ENEM) O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, este óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir: De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0 mL de uma solução 0,1 mol/L de peróxido de hidrogênio é igual a a) 2,0×100 mol. b) 2,0×10-3 mol. c) 8,0×10-1 mol. d) 8,0×10-4 mol. e) 5,0×10-3 mol. Resposta: D. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO ENEM (ENEM 2012) “No Japão, um movimento nacional para a promoção da luta contra o aquecimento global leva o slogan: 1 pessoa, 1 dia, 1 kg de CO2 a menos! A ideia é cada pessoa reduzir em 1 kg a quantidade de CO2 emitida todo dia, por meio de pequenos gestos ecológicos, como diminuir a queima de gás de cozinha. Um hambúrguer ecológico? É pra já! Considerando um processo de combustão completa de um gás de cozinha composto exclusivamente por butano (C4H10), a mínima quantidade desse gás que um japonês deve deixar de queimar para atender à meta diária, apenas com esse gesto, é de Dados: CO2(44 g/mol); C4H10 (58 g/mol) A) 0,25 kg. B) 0,33 kg. C) 1,0 kg. D) 1,3 kg. E) 3,0 kg. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO Veja que temos uma reação de combustão completa. Então, você já precisa saber escrever uma equação desse tipo. *Equação química do processo: C4H10 + O2 → CO2 + H2O * Balancear a equação (vamos fazer isso pelo método de tentativas): - No primeiro membro, há 4 C. Então, no segundo membro da equação, iremos colocar o coeficiente 4. Se desejar, poderá colocar o coeficiente 1 à frente do butano no primeiro membro, mas não é necessário: C4H10 + O2 → 4 CO2 + H2O - No primeiro membro, há 10 H. Por isso, no segundo membro da equação, iremos colocar o coeficiente 5 (que multiplicado pelo índice 2 resulta em 10): 1 C4H10 + O2 → 4 CO2 + 5 H2O - No segundo membro, há 13 átomos de O (4 . 2 + 5); então, o coeficiente de O2 no primeiro membro será 13/2: 1 C4H10 + 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O Agora que a equação está balanceada, podemos ver que a proporção entre o butano e o gás carbônico é de 1 : 4. Vamos então passar para o último passo: Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins CONTINUAÇÃO * Estabelecer regras de três relacionando os dados pedidos no problema: Nessa questão, a massa molar das substâncias já foi fornecida no enunciado, porém, em muitos casos, você precisará calculá-la. Para isso, basta consultar a Tabela Periódica que sempre é fornecida nesses exames. Temos a seguinte relação: 1 C4H10→ 4 CO2 ↓ ↓ 1 . 58 g ---- 4 . 44 g Porém, o enunciado pediu a massa de CO2 em kg, por isso, é necessário realizar a conversão de unidades (1 kg = 1000 g): 1 . 0,058 kg de C4H10---- 4 . 0,044 kg de CO2 m ----------- 1,0 kg de CO2 m = 0,058 0,176 m = 0,33 kg Resposta: B. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 6 Soluções- 7,3% Diogo Martins SOLUÇÕES Soluções são as misturas resultantes da união de duas ou mais substâncias diferentes, que se apresentam obrigatoriamente em uma única fase no seu aspecto visual, como a água do mar (formada pela associação de água e diferentes sais). Por se tratar de misturas homogêneas, as soluções são formadas pela associação de pelo menos um material capaz de ser dissolvido por outro. Esse material dissolvido é denominado soluto, e o que dissolve é denominado solvente. A propriedade mais importante da matéria nas soluções é a solubilidade, já que nesse tipo de mistura existe a dissolução de um material por outro. Porém, vale ressaltar que cada solvente apresenta uma solubilidade para cada tipo de soluto de acordo com a temperatura, o que é denominado de coeficiente de solubilidade. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins TIPOS DE SOLUÇÕES ►Classificação das soluções quanto ao estado físico do solvente: Sólidas: soluções em que o solvente está no estado sólido. Exemplo: ouro 18 quilates; Líquidas: soluções em que o solvente está no estado líquido. Exemplo: refrigerante; Gasosas: soluções em que o solvente está no estado gasoso. Exemplo: ar atmosférico. ►Classificação das soluções quanto à natureza do soluto dissolvido: Iônica: é a solução que apresenta um soluto de natureza iônica, ou seja, é capaz de sofrer o fenômeno da dissociação ou ionização. Exemplo: cloreto de sódio; Molecular: é a solução que apresenta um soluto de natureza molecular, ou seja, não é capaz de sofrer o fenômeno da dissociação ou ionização. Exemplo: glicose. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins CONCENTRAÇÃO OU ASPECTOS QUANTITATIVOS A determinação das quantidades de soluto, solvente, volume, massa ou qualquer outra medida quantitativa relacionada a uma solução é denominada concentração, como nos seguintes casos: Concentração comum: é a relação entre a massa do soluto e o volume da solução; Densidade: é a relação entre a massa e o volume da solução; Título em massa: é a relação entre a massa do soluto e a massa da solução; Título em volume: é a relação entre o volume do soluto e o volume da solução; Ppm: é a relação de uma parte do soluto existente em um milhão de partes da solução; Concentração em mol/L ou molaridade: é a relação entre o número de mol do soluto e o volume da solução; Molalidade: é a relação entre o número de mol do soluto e a massa do solvente; Fração molar: é a relação entre o número de mol do soluto ou do solvente e o número de mol da solução. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES É o procedimento realizado com uma única solução que consiste em adicionar ou retirar (por meio de evaporação ou ebulição) solvente de uma solução preexistente, o que pode resultar em: Adição de solvente a uma solução: a solução passa a apresentar uma concentração menor que a apresentada antes de receber nova quantidade de solvente; Retirada de solvente de uma solução: a solução passa a apresentar uma concentração maior que a apresentada antes de perder certa quantidade de solvente. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins MISTURA DE SOLUÇÕES É o procedimento em que duas ou mais soluções são reunidas em um mesmo recipiente, como nos seguintes casos: Mistura de soluções de mesmo soluto: resulta em uma solução que apresenta um valor de concentração intermediário ao das soluções que foram misturadas; Mistura de soluções de solutos diferentes sem reação química: resulta em uma solução que apresenta novo valor de concentração para cada um dos solutos presentes; Mistura de soluções de solutos diferentes com reação química: resulta em uma solução que apresenta um ou mais solutos diferentes dos que estavam anteriormente nas soluções misturadas. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2019) Um dos parâmetros de controle de qualidade de polpas de frutas destinadas ao consumo como bebida é a acidez total expressa em ácido cítrico, que corresponde à massa dessa substância em 100 gramas de polpa de fruta. O ácido cítrico é uma molécula orgânica que apresenta três hidrogênios ionizáveis (ácido triprótico) e massa molar 192 g mol−1. O quadro indica o valor mínimo desse parâmetro de qualidade para polpas comerciais de algumas frutas. Polpa de fruta - Valor mínimo da acidez total expressa em ácido cítrico (g/100 g) Acerola 0,8 Caju 0,3 Cupuaçu 1,5 Graviola 0,6 Maracujá 2,5 A acidez total expressa em ácido cítrico de uma amostra comercial de polpa de fruta foi determinada. No procedimento, adicionou-se água destilada a 2,2 g da amostra e, após a solubilização do ácido cítrico, o sólido remanescente foi filtrado. A solução obtida foi titulada com solução de hidróxido de sódio 0,01 mol L−1, em que se consumiram 24 mL da solução básica (titulante). Entre as listadas, a amostra analisada pode ser de qual polpa de fruta? A) Apenas caju. B) Apenas maracujá. C) Caju ou graviola. D) Acerola ou cupuaçu. E) Cupuaçu ou graviola. Resposta: C. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2018) Sobre a diluição do ácido sulfúrico em água, o químico e escritor Primo Levi afirma que, “está escrito em todos os tratados, é preciso operar às avessas, quer dizer, verter o ácido na água e não o contrário, senão aquele líquido oleoso de aspecto tão inócuo está sujeito a iras furibundas: sabem-no até os meninos do ginásio”. O alerta dado por Levi justifica-se porque a a) diluição do ácido libera muito calor. b) mistura de água e ácido é explosiva. c) água provoca a neutralização do ácido. d) mistura final de água e ácido separa-se em fases. e) água inibe a liberação dos vapores provenientes do ácido. Resposta: A. Siga o Instagram@calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 7 Estados físicos, sistemas e misturas- 6,1% Diogo Martins ESTADOS FÍSICOS ►A matéria pode ser encontrada em três estados: sólido, líquido e gasoso. O que determina o estado em que a matéria se encontra é a proximidade das partículas que a constitui. Essa característica obedece a fatores como: Força de Coesão: faz com que as moléculas se aproximem umas das outras. Força de Repulsão: faz com que as moléculas se afastem umas das outras. Esses estados de agregação da matéria também são chamados de estados físicos da matéria. Importante: O volume, a densidade e a forma de um composto, podem variar de acordo com a temperatura. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins A matéria pode se encontrar nos estados: Sólido: Nesse estado físico da matéria, as moléculas se encontram muito próximas, sendo assim possuem forma fixa, volume fixo e não sofrem compressão. As forças de atração (coesão) predominam neste caso. Um exemplo é um cubo de gelo, as moléculas estão muito próximas e não se deslocam, ao menos que passe por um aquecimento. Líquido: Aqui as moléculas estão mais afastadas do que no estado sólido e as forças de repulsão são um pouco maiores. Os elementos que se encontram nesse estado, possuem forma variada, mas volume constante. Além destas características, possui facilidade de escoamento e adquirem a forma do recipiente que os contém. Gasoso: O movimento das moléculas nesse estado é bem maior que no estado líquido ou sólido. As forças de repulsão predominam fazendo com que as substâncias não tomem forma e nem volume constante. Se variarmos a pressão exercida sobre um gás, podemos aumentar ou diminuir o volume dele, sendo assim, pode-se dizer que sofre compressão e expansão facilmente. Os elementos gasosos tomam a forma do recipiente que os contém. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins SISTEMAS DE SUBSTÂNCIAS De uma forma geral, as substâncias puras dificilmente são encontradas isoladas na natureza, sendo encontradas na forma de misturas, isto é, associadas às outras substâncias. Isso quer dizer que nós e quase tudo que está a nossa volta são exemplos de misturas das mais variadas substâncias puras. Neste texto vamos aprender o que é e quais são as classificações das substâncias puras e misturas. ►Substâncias puras Substâncias puras são materiais que possuem composição química e propriedades físicas e químicas constantes, já que não se modificam em pressão e temperatura constantes. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins De uma forma geral, as substâncias puras podem ser classificadas de duas formas: a) Substâncias simples São compostos químicos formados por átomos de um mesmo elemento químico. Por exemplo: → H2 (Gás Hidrogênio) As moléculas do Gás Hidrogênio são formadas por dois átomos do elemento químico Hidrogênio, por isso, trata-se de uma substância simples. → O3 (Gás Ozônio) As moléculas do Gás Ozônio são formadas por três átomos do elemento químico Oxigênio, por isso, trata-se de uma substância simples. Existe ainda a possibilidade de átomos de um mesmo elemento químico formarem substâncias simples completamente diferentes, os alótropos. Um exemplo de alotropia é o caso do elemento químico Oxigênio, o qual forma as substâncias gás oxigênio (O2) e gás ozônio (O3). Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins b) Substâncias compostas São compostos químicos formados por átomos de elementos químicos diferentes. Exemplos: → CO2 (Gás Carbônico ou Dióxido de Carbono) As moléculas do Gás Carbônico são formadas por um átomo do elemento carbono e dois átomos do elemento oxigênio. Como os elementos químicos são diferentes, trata- se de uma substância composta. → KMnO4 (permanganato de potássio) O íon-fórmula do permanganato de potássio é formado por um átomo do elemento potássio, um átomo do elemento manganês e quatro átomos do elemento oxigênio. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins MISTURAS Mistura é a união de duas ou mais substâncias diferentes (independentemente se são simples ou compostas). Ela apresenta características físicas (ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, tenacidade etc.) diferentes e variáveis (não fixas) em comparação com as substâncias que a compõem. A mistura de água e cloreto de sódio, por exemplo, apresenta um ponto de fusão totalmente diferente em relação aos pontos de fusão da água ( 0oC) e do cloreto de sódio (803oC) isoladamente. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins a) Misturas homogêneas As misturas homogêneas apresentam apenas uma fase (um único aspecto visual). São formadas quando um material tem a capacidade de dissolver outro. Exemplos: • água e cloreto de sódio; • água e glicose; • gasolina e etanol; • ar atmosférico (gás oxigênio, gás nitrogênio, gás carbônico, vapor de água etc); • ácido acético e água; • petróleo (gasolina, querosene, óleo lubrificante etc.); • soro fisiológico. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins b) Misturas heterogêneas As misturas heterogêneas apresentam mais de uma fase (dois ou mais aspectos visuais). São formadas quando um material não dissolve outro. Exemplos: • Granito; • Leite; • Sangue; • Água e areia; • Água e óleo; • Água e gasolina. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM) O ciclo da água é fundamental para a preservação da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase, e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia necessária para começar a subir para a atmosfera. A transformação mencionada no texto é a: a) fusão. b) liquefação. c) evaporação. d) solidificação. e) condensação. Resposta: C. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM (ENEM 2018) A água de coco verde é a bebida obtida da parte líquida do fruto do coqueiro (Cocus nucifera L.). Ela apresenta pH em torno de 5,6, e seu sabor doce e levemente adstringente atraem bastante os consumidores. As principais características da água de coco são a ausência de colesterol, os baixos teores de glicose, de sacarose e de gorduras, além de um expressivo teor de potássio. Após extraída do coco, o prazo de validade da água de coco refrigerada a 6°C é de cerca de 3 dias. Essa característica tem estimulado sua industrialização, com os objetivos de se comercializar um produto de alta qualidade, com suas características naturais preservadas, e com vida útil de consumo extensiva a locais fora das regiões de plantio. A industrialização da água de coco envolve diferentes etapas, desde a seleção de frutos até o envase. O produto final não deve conter fragmentos das partes não comestíveis do fruto, nem substâncias estranhas a sua composição original. Considerando as características da água de coco refrigerada, é preferível que ela seja uma a) Substância composta b) Mistura heterogênea c) Mistura homogênea d) Mistura iônica e) n.d.a Resposta: B. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 8 Equilíbrios, hidrólise e solubilidade- 4,9% Diogo Martins EQUILÍBRIO QUÍMICO O equilíbrio químico é um fenômeno que acontece nas reações químicas reversíveis entre reagentes e produtos. Quando uma reação é direta, está transformando reagentes em produtos.Já quando ela ocorre de maneira inversa, os produtos estão transformando-se em reagentes. Para ocorrer um equilíbrio químico é necessário que: • a temperatura seja constante • o sistema não tenha trocas com o ambiente • Quando um ponto de equilíbrio é atingido nas reações reversíveis tem-se: • a velocidade das reações direta e inversa iguais. • a concentração constante das substâncias presentes na reação. • O equilíbrio químico é medido por duas grandezas: a constante de equilíbrio e o grau de equilíbrio. • Ele pode ser alterado quando ocorre mudanças de: concentração, temperatura, pressão e uso de catalisadores. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins REAÇÕES QUÍMICAS REVERSÍVEIS Exemplo de equação química: No primeiro membro (antes da seta) aparecem os reagentes, ou seja, as substâncias que entram na reação. No segundo membro (depois da seta) estão os produtos, isto é, as substâncias que foram formadas pela reação. Em uma reação reversível ela pode ocorrer nos dois sentidos (representado por ): Assim, nas reações diretas os reagentes formam produtos (reagentes → produtos). Já nas reações inversas, os produtos formam reagentes (produtos → reagentes). Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins GRÁFICOS DE EQUILÍBRIO QUÍMICO Podemos expressar o equilíbrio químico graficamente utilizando as variáveis velocidade e concentração (eixo y) em função do tempo (eixo x). O equilíbrio é observado graficamente quando as linhas do gráfico se tornam horizontais, tanto para velocidade quanto para a concentração. ►Velocidade x tempo Observamos que v1 vai diminuindo à medida que os reagentes se transformam em produtos. Já v2 aumenta quando os produtos estão sendo formados. Ao atingir o equilíbrio químico, a velocidade das reações direta e inversa se tornam iguais. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Concentração x tempo Observamos que a concentração dos reagentes é máxima e diminui porque eles estão sendo transformados em produtos. Já a concentração dos produtos parte do zero (porque no início da reação só haviam reagentes) e vai crescendo a medida que estão sendo criados. Quando o equilíbrio químico é atingido, a concentração das substâncias presentes na reação é constante, mas não necessariamente iguais. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins TIPOS DE EQUILÍBRIO QUÍMICO ►Sistemas homogêneos São aqueles que os componentes do sistema, reagentes e produtos, encontram-se na mesma fase. • Sistemas gasosos • Soluções ►Sistemas heterogêneos Os componentes da reação, reagentes e produtos, estão em mais de uma fase. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins CONSTANTE DE EQUILÍBRIO (K) A constante de equilíbrio (Kc) é uma grandeza que caracteriza o equilíbrio químico levando em consideração os aspectos cinéticos das reações químicas e as soluções em equilíbrio dinâmico. No equilíbrio químico, as taxas de reação de um sentido de reação e seu inverso devem ser iguais. Sendo assim, foi estabelecido que a constante de equilíbrio é obtida por: O valor de K varia conforme a temperatura. ►Constante de equilíbrio em função da concentração (Kc) Dada a equação química: Expressamos a constante de equilíbrio da seguinte forma: Sendo que: [ ] é a concentração em mol/L a, b, c e d são os coeficientes estequiométricos Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Constante de equilíbrio em função das pressões parciais (Kp) É utilizada quando pelo menos um dos participantes da reação está no estado gasoso e as quantidades são expressas em termos de pressões parciais. ►Relação entre Kc e Kp Sendo que: • Kp é a constante de equilíbrio em função das pressões parciais • Kc é a constante de equilíbrio em função das concentrações • R é a constante dos gases e utilizamos quando a pressão parcial é expressa em atm • T é a temperatura em Kelvin ( ) • Δn é a variação do número de mols (mols dos produtos - mols dos reagentes) e apenas leva em consideração os coeficientes das substâncias no estado gasoso. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins GRAU DE EQUILÍBRIO O grau de equilíbrio (α) corresponde ao rendimento de uma reação química por meio da relação entre o reagente e a quantidade de mols desse reagente. Dessa forma, o grau de equilíbrio indica a porcentagem em mols de uma substância até atingir o equilíbrio químico. Note que quanto maior for o grau de equilíbrio, maior a chance da reação atingir o equilíbrio. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins LEIS DO EQUILÍBRIO QUÍMICO ►Lei de ação das massas A previsão de como o equilíbrio químico é estabelecido foi determinada em 1864 pelos cientistas noruegueses Cato Maximilian Guldberg e Peter Waage. Após observar os aspectos cinéticos das reações reversíveis, eles concluíram que: “A velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações molares dos reagentes, quando estes estão elevados a expoentes, que são os seus respectivos coeficientes estequiométricos.” A constante de equilíbrio (Kc) foi criada em termos de concentrações molares dos participantes da reação e essa expressão recebe o nome de lei da ação das massas ou lei Guldberg-Waage. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Princípio de Le Chatelier O químico francês Henry Louis Le Chatelier, em 1884, observando as alterações das propriedades físicas e químicas de um equilíbrio químico fez a seguinte generalização: “Quando um fator externo age sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca, sempre no sentido de minimizar a ação do fator aplicado.” Segundo Le Chatelier, quando mudamos alguma propriedade de um sistema em equilíbrio, a alteração faz com que o sistema busque uma forma de minimizar essa modificação e um novo equilíbrio é formado quando a velocidade das reações direta e inversa se igualam e as concentrações das substâncias das reações tornam-se novamente constantes. Pelo seu empenho em desenvolver estudos nessa área, Le Chatelier sempre é lembrado quando se fala em equilíbrio químico. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO QUÍMICO O deslocamento de equilíbrio corresponde a uma alteração da velocidade de uma reação direta ou inversa. Como enuncia o princípio de Le Chatelier, sempre que uma alteração ocorrer no equilíbrio ele se desloca a fim de minimizar essa perturbação. O resultado desses deslocamentos gera um novo estado de equilíbrio no sistema químico. Além da concentração, a pressão e a temperatura influenciam nesse processo. Já o uso de catalisadores faz com que o equilíbrio seja atingido de maneira mais rápida. ►Influência da concentração Quando aumentamos a quantidade de uma substância (reagente ou produto) em uma reação, o equilíbrio se desloca para ser restabelecido, transformando essa substância. Da mesma forma, se retirarmos uma substância da reação, diminuindo sua quantidade, o equilíbrio é restabelecido produzindo mais dessa substância. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Influência da temperatura Quando se diminui a temperatura de um sistema, desloca- se o equilíbrio liberando mais energia, ou seja, a reação exotérmica é favorecida. Da mesma forma, ao aumentar a temperatura, o equilíbrio é restabelecido absorvendo energia, favorecendo a reação endotérmica. ► Influência da pressão O aumento da pressão total faz com que o equilíbrio se desloque para o sentido do menor volume. Mas, se diminuirmos a pressão total,o equilíbrio tende a se deslocar para o sentido do maior volume. EXEMPLO: Dada a equação química • Concentração: aumentando a quantidade de N2 na reação, o equilíbrio se desloca para direita, formando mais produto. • Temperatura: aumentando a temperatura, o equilíbrio se desloca para esquerda, favorecendo a reação endotérmica (absorvendo energia) e formando mais reagentes. • Pressão: aumentando a pressão, o equilíbrio se desloca para direita, que tem menor volume (número de mols). Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins HIDRÓLISE A hidrólise corresponde a um processo químico que envolve a quebra de uma molécula em presença de água. Lembre- se que o termo “hidro” significa água e “lise” é relativo à quebra. Esse processo é comum na área da química (reações) e também da biologia (hidrólise de enzimas e de proteínas). ►Hidrólise salina Na química, a hidrólise salina ocorre entre um sal e a água. Essa reação reversível produz um ácido e base correspondentes. As soluções aquosas dos ácidos possuem um pH menor que 7, e as das bases um pH maior que 7. Os íons presentes nos sais se dissociam em presença de água e podem formam ácidos ou bases: Sal + Água ↔ Ácido + Base Lembre-se que o sal é sempre iônico e a água é molecular. Assim, a água se ioniza em ânions hidróxido (OH-) e cátions de hidrogênio (H+). Da mesma forma, o sal se dissocia e libera ânions e cátions. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Note que um sal de ácido forte, forma uma solução ácida: Exemplo: H+ + H2O ↔ HOH + H + Já um sal de base forte, forma uma solução básica: Exemplo: OH- + H2O ↔ HOH + OH - Um exemplo de aplicação da hidrólise salina é o do bicarbonato de sódio, o qual está presente em medicamentos que combatem a azia. Isso ocorre porque a solução de NaHCO3 é básica, uma vez que sofreu hidrólise do ânion HCO-3: HCO-3 + H2O ↔ H2CO3 + OH - No equilíbrio químico sempre é definido um grau e uma constante. Assim, O grau de hidrólise (α) é medido através da expressão: A constante de hidrólise é dada pela seguinte expressão: GRAU E CONSTANTE DE HIDRÓLISE Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins Sendo, Kh: constante de hidrólise Kw: produto iônico da água (aproximadamente 10-14 na temperatura ambiente) K (a ou b): constante do ácido ou base Considerando as seguinte reações químicas, veja abaixo um exemplo de hidrólise do NH4Cl: NH4Cl + H2O ↔ HCl + NH4OH NH+4 + H2O ↔ H + + NH4OH Sendo assim, a constante de hidrólise do NH4Cl é: Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins SOLUBILIDADE A solubilidade, ou coeficiente de solubilidade, é uma propriedade física da matéria que é sempre determinada de forma prática em laboratório. Ela está relacionada com a capacidade que um material, denominado de soluto, apresenta de ser dissolvido por outro, o solvente. Quanto à solubilidade, os solutos podem ser classificados da seguinte forma: • Solúveis: aqueles que se dissolvem no solvente. O cloreto de sódio (soluto), por exemplo, é solúvel na água (solvente); • Pouco solúveis: aqueles que apresentam dificuldade de se dissolver no solvente. É o caso do hidróxido de cálcio [Ca(OH)2] (soluto) em água; • Insolúveis: aqueles não se dissolvem no solvente. A areia (soluto), por exemplo, é insolúvel na água. A solubilidade está muito associada ao preparo de soluções (misturas homogêneas), já que, para obtermos uma solução, é fundamental que o soluto utilizado seja solúvel no solvente. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Fatores que influenciam a solubilidade Mesmo quando o soluto é solúvel no solvente, existem alguns fatores que podem influenciar a capacidade de dissolução do soluto. São eles: a) Relação entre a quantidade de soluto e de solvente O solvente sempre possui um limite de soluto que consegue dissolver. Se aumentarmos a quantidade de solvente, mantendo a quantidade de soluto, o solvente tende a dissolver todo o soluto utilizado. b) Temperatura A temperatura é o único fator físico capaz de modificar a solubilidade de um solvente com relação a um determinado soluto. Essa modificação depende da natureza do soluto, como veremos a seguir: • Soluto endotérmico: é aquele que conseguimos dissolver uma maior massa, desde que o solvente esteja em uma temperatura maior que a temperatura ambiente. Quanto mais quente estiver o solvente, mais soluto será dissolvido. Exemplo: É possível dissolver uma maior quantidade de café em pó quando a água está quente. • Soluto exotérmico: é aquele que conseguimos dissolver uma maior massa, desde que o solvente esteja em uma temperatura menor que a temperatura ambiente. Quanto mais frio estiver o solvente, mais soluto será dissolvido. Exemplo: É possível dissolver uma maior quantidade de gás carbônico quando o refrigerante está gelado. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO O enunciado da questão explica que, se o ácido carboxílico (CH3(CH2)16COOH) for formado, o sabão ficará menos eficiente. Assim, o equilíbrio precisa deslocar-se para o outro sentido da reação, o sentido inverso, no qual o ácido carboxílico é consumido e os ânions do sabão (CH3(CH2)16COO -) são formados. O Princípio de Le Chatelier diz que, quando se aplica uma força em um sistema em equilíbrio, ele tende a reajustar-se no sentido de diminuir os efeitos dessa força. Assim, se o pH for básico, isto é, se aumentarmos a concentração dos íons OH- do sistema, o equilíbrio tenderá a deslocar-se para a direita. Resposta: A. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO Se houver aumento da concentração de H+ (que vem do ácido fosfórico do refrigerante), ele reagirá com a hidroxila (OH-), diminuindo a sua concentração e deslocando o equilíbrio para a direita a fim de repor o OH-, ou seja, ocorrerá a desmineralização do dente. Resposta: B. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 9 Reações inorgânicas- 4,9% Diogo Martins REAÇÕES INORGÂNICAS Reações inorgânicas são fenômenos químicos que ocorrem quando substâncias inorgânicas são colocadas em um mesmo recipiente, o que gera substâncias diferentes das que foram utilizadas como reagentes. As substâncias que rotineiramente participam como reagentes de uma reação inorgânica são ácidos, bases, sais, óxidos, carbetos, hidretos, sulfetos, peróxidos e superóxidos. Os produtos formados também são inorgânicos, mas o tipo de molécula originada depende exclusivamente do tipo de reagente. HCl + NaOH → NaCl + H2O A equação acima representa uma reação inorgânica, pois, há um ácido (ácido clorídrico) e uma base (hidróxido de sódio) no reagente e um sal (cloreto de sódio) e água no produto. Cada reação inorgânica apresenta suas particularidades. • Reação inorgânica de decomposição: uma substância composta origina duas substâncias simples ou compostas; TIPOS DE REAÇÕES INORGÂNICAS Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins • Reação inorgânica de ustulação: sulfetos inorgânicos reagem com o gás oxigênio, o que caracteriza uma combustão, e formam sempre o dióxido de enxofre acompanhado de um metal ou um óxido metálico; • Reações com peróxidos: são reações em que os peróxidos podem reagir com água, formando base e peróxido de hidrogênio, ou com um ácido, formando um sal e peróxido de hidrogênio; • Reações de deslocamento, de substituição ou de simples troca: reações que apresentam uma substânciacomposta e uma simples (que pode ser metálica ou ametálica); • Reações de dupla troca: nos reagentes, são utilizados dois sais, ou um sal e um ácido, ou um sal e uma base; e os produtos são formados de acordo com os reagentes. Assim, se for utilizado um sal e um ácido no reagente, no produto haverá um novo sal e um novo ácido; • Reações de hidretos com água: são reações em que um hidreto metálico reage com água e forma uma base e o gás hidrogênio (H2) ou reage com bases e forma sais e gás hidrogênio; • Reações de neutralização: reações em que os reagentes são de caráter ácido e básico, o que resulta geralmente em um sal e água; • Reações químicas com carbetos: reações em que um carbeto reage com água e origina uma base acompanhada de metaneto ou acetileto; • Reações dos metais com água e bases: dependendo da reatividade dos metais, quando reagem com água, formam uma base e gás hidrogênio. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO A equação balanceada de combustão completa do octano é dada por: C8H18(g) + 25/2 O2 (g) → 8 CO2(g) + 9 H2O(l) A- Incorreta. Pela equação de combustão, vemos que o oxigênio não é liberado como produto. Ele é, na verdade, um dos reagentes. B- Incorreta. O coeficiente estequiométrico para a água é de 9 para 1 de octano. C- Incorreta. No processo não há consumo de água, mas sim liberação. D- Correta. O coeficiente estequiométrico para o oxigênio é de 12,5 ou 25/2 para 1 do octano. E- Incorreta. O coeficiente estequiométrico para o gás carbônico é de 8 para 1 do octano. Resposta: D. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO O HCl é ácido, então, para neutralizá-lo, é preciso borbulhá- lo em uma solução básica. A água de cal é o hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). A reação entre os dois é a mostrada a seguir: 2 HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2 H2O Resposta: B. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO Para uma mesma concentração de todos os ácidos citados no enunciado, conferirão maior acidez à água das chuvas os ácidos mais fortes, ou seja, o ácido sulfúrico e o ácido nítrico. Resposta: D. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO Resposta: D. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ASSUNTO 10 Termoquímica- 4,9% Diogo Martins TERMOQUÍMICA As transformações físicas e as reações químicas quase sempre estão envolvidas em perda ou ganho de calor. O calor é uma das formas de energia mais comum que se conhece. A termoquímica é uma parte da Química que faz o estudo das quantidades de calor liberadas ou absorvidas durante as reações químicas. A maioria das reações químicas envolve perda ou ganho de calor (energia). Veja na tabela abaixo os tipos de reações com perda ou ganho de calor. Reações que liberam energia Reações que absorvem energia Queima do carvão Cozimento de alimentos Queima da vela Fotossíntese das plantas, o sol fornece energia Reação química em uma pilha Pancada violenta que inicia a detonação de um explosivo Queima da gasolina no carro Cromagem em para-choque de carro, com energia elétrica Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►As transformações físicas também são acompanhadas de calor, como ocorre nas mudanças de estados físicos da matéria. absorção de calor SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO liberação de calor Quando a substância passa do estado físico sólido para líquido e em seguida para gasoso, ocorre absorção de calor. Quando a substância passa do estado gasoso para líquido e em seguida para sólido, ocorre liberação de calor. Essa energia que vem das reações químicas é decorrente do rearranjo das ligações químicas dos reagentes, transformando-se em produtos. Essa energia armazenada é a ENTALPIA (H). É a energia que vem de dentro da molécula. Nas reações químicas, não é necessário calcular a entalpia. Devemos calcular, geralmente, a variação de entalpia (ΔH). A variação de entalpia é a diferença entre a entalpia dos produtos e a entalpia dos reagentes. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins ►Unidade de calor ►Tipos de reações As reações químicas podem ser de dois tipos: - ENDOTÉRMICA: absorvem calor (+) - EXOTÉRMICA: liberam calor (-) Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO Observe que essa questão engloba também os conteúdos de reações de combustão e combustíveis. Desse modo, é importante você saber escrever as equações químicas que representam esse tipo de reação e relacionar os coeficientes estequiométricos com o que foi pedido. O texto Entalpia de Combustão ensina que a variação de entalpia-padrão é determinada somente para reações de combustão completas (não para incompletas), e o artigo Combustão Completa e Incompleta ensina que toda combustão completa de compostos orgânicos, como os combustíveis listados nessa questão, tem a sua equação escrita da seguinte forma: Combustível + O2 → CO2 + H2O Assim, para resolver essa questão, basta escrever as equações de combustão completa de cada combustível (metano (gás natural), butano (GLP) e octano (gasolina)) e relacionar os coeficientes da equação com o valor da variação de entalpia-padrão (∆H0). É claro que não podemos nos esquecer de realizar o balanceamento das equações. Veja: Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins CONTINUAÇÃO I. Metano (gás natural): 1 CH4+ 2 O2 → 1 CO2 + 2 H2O 1 mol de CH4 produz 1 mol de CO2, liberando 890 kJ (segundo dado fornecido na tabela). II. Butano (GLP): 1 C4H10+ 13/2 O2 → 4 CO2 + 5 H2O 1 mol de C4H10 produz 4 mol de CO2, liberando 2.878 kJ (segundo dado fornecido na tabela). Mas queremos saber o calor fornecido para 1 mol de CO2. Então: 4 mol ---- 2.878 kJ 1 mol ---- x x = 719,5 Kj III. Octano (gasolina): 1 C8H18+ 25/2 O2 → 8 CO2 + 9 H2O 1 mol de C8H18 produz 8 mol de CO2, liberando 5.471 kJ (segundo dado fornecido na tabela). Mas queremos saber o calor fornecido para 1 mol de CO2. Então: 8 mol ---- 5.471 kJ 1 mol ---- y y = 683,9 kJ Desse modo, temos que, do ponto de vista da quantidade de calor obtida por mol de CO2 gerado, a ordem crescente desses três combustíveis é: gasolina, GLP e gás natural. Resposta: A. Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins QUESTÃO DO ENEM Siga o Instagram @calculiverso https://www.instagram.com/calculiverso/?hl=pt-br Diogo Martins RESOLUÇÃO Nas alternativas, mencionam-se os conteúdos de energia por litro, assim, precisamos transformar a densidade dos combustíveis de g/mL para g/L: dmetanol = 0,79 g/mL = 790 g/L; detanol = 0,79 g/mL = 790 g/L As massas moleculares do metanol e do etanol são dadas por: Mmetanol = 32 g/mol; Metanol = 46 g/mol. Se você tem alguma dúvida sobre como encontrar as massas moleculares das substâncias, leia o artigo: Massa molecular. Agora nós relacionamos a quantidade em massa com a quantidade em mol: 1 mol ------ 32 g 1 mol ------ 46 g nmetanol ------ 790 g netanol ------ 790 g nmetanol = 24,6875 mol netanol = 17,1739 mol Enfim, podemos calcular a quantidade
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