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FÓR MU LAS FÓR MU LAS O Ebook das fórmulas foi criado pensan- do em melhorar o desempenho dos alu- nos no ENEM e nos Vestibulares. Este instrumento de aprendizagem servirá para você saber quais são as fórmulas mais importantes em cada disciplina: ma- temática, física e química. Os professores selecionaram as fórmulas mais recorrentes nas provas, contextualizan- do-as para que você saiba como aplicá-las. Aproveite esse excelente material para potencializar os seus estudos! Mate Mática MateMateMateMateMate Mática MateMate MáticaMáticaMáticaMáticaMáticaMáticaMática MateMateMateMateMate F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A Neste material, você encontrará as principais fórmulas de matemáti ca para os melhores vesti bulares e ENEM. Aconselho a uti lização desse formulário como um material de consulta, as fórmulas que você verá terá que ser usado conco- mitantemente com os exercícios, ou seja, primeiro você os fará e, conforme a necessidade, vá consultando o material. Evite decorar as fórmulas, mesmo que às vezes isso seja preciso; sim, procure compreender onde e como ela é aplicada. Além disso, esse material ajudará você a organizar todos os conteúdos fundamentais da matemáti ca. Lembre-se “a matemáti ca é a arte de não calcular”, quanto mais cálculos realizamos, maior é a chance de cometermos um erro. Por esse moti vo existem as fórmulas que nos permitem uma maior velocidade e segurança. eNan Prof. eNan Prof.Prof. 1 2 É a medida de tendência central mais uti lizada. A média arit- méti ca M (ou x) será obti da da soma de todos os valores e da divisão do resultado pelo número de valores considerados. Em certos casos, é necessário que determinados ele- mentos tenham pesos diferentes na média. Essa média será chamada de média ponderada. A média aritméti - ca ponderada MP (ou xp) de um conjunto de números x1,x2,x3,…,xn cuja importância relati va (“peso”) é respec- ti vamente p1,p2,p3,…,pn é calculada da seguinte maneira: É a mais importante medida de variabilidade. O desvio padrão mede a dispersão, considerando quão afastadas da média estão as observações. Em qualquer polígono convexo, o número de diagonais pode ser facilmente encontrado como uma função do nú- mero de lados desse polígono (n) através da fórmula M = DP = V N° de diagonais= MP = (x1 + x2 + x3 + ... + xn) p1 × x1 + p2 × x2 + p3 × x3 + ... + pn × xn n × (n - 3) 2 n p1 + p2 + p3 + ... + pn Estatística Geometria Plana Média Aritmética Números de Diagonais Média Aritmética Ponderada Desvio Padrão F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A Em um polígono regular, o ângulo central é sempre dado por Um retângulo é um quadrilátero em que todos os seus ângulos são retos, ou seja, medem 90°. Um retângulo tem dois aspectos importantes: sua base e sua altura. A área de um retângulo é dada pela multiplicação de um pelo outro Um losango é um quadrilátero que possui todos os lados com a mesma medida. Suas diagonais são perpendiculares, ou seja, forma um ângulo de 90° entre si. Isso significa que podemos “rearranjar” os triângulos dentro de um losango para formar um retângulo de base D (a maior diagonal) e altura d (a menor diagonal). O quadrado é um quadrilátero que possui todos os lados com a mesma me- dida e também todos os ângulos retos. Em outras palavras, um quadrado é um retângulo E um losango ao mesmo tempo. Note que, nesse caso, a altura e a base têm a mesma medida l Os ângulos externos são congruentes aos ângulos centrais. Portanto, cada ângulo ex- terno é encontrado, também, por Como vemos, os ângulos externos e inter- nos são suplementares, ou seja, a sua soma é de 180°. Dessa forma, podemos encontrar a medida de cada ângulo interno por O somatório dos ângulos internos pode ser dado pela fórmula Polígonos regulares Ângulo Central Retângulo Losango Quadrado Ângulo Externo Soma de ângulos internos e ângulos externos ac= ae= ai= 180 - 360° A = b × h Sai = (n-2)×180° A = A=l2 360° 360° D × d n n n 2 F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A Um trapézio é um quadrilátero em que dois lados opostos são paralelos, mas os outros dois não têm restrição. Dessa forma, teremos sempre duas bases, uma menor que a outra, B e b. O hexágono regular, por ter todos os lados e ângulos com mesma medida, possui uma propriedade que ne- nhum outro polígono regular possui: a distância de seu centro até um vértice é a mesma medida de seus lados! Dessa forma, podemos dividir um hexágono regular em seis triângulos equiláteros. Todo triângulo pode ser visto como metade de um parale- logramo (ou retângulo em um caso particular). Dessa for- ma, a área de um triângulo é fácil de ser encontrada conhe- cendo a área desses: Área de um Triângulo qualquer através de dois lados e ân- gulo entre eles. Área especifica do Triângulo Equilátero. Altura do Triângulo Equilátero. Trapézio Hexágono Triângulo A = A = A = × hB + b b × h L1 × L2 × senθ l2 l l2 4 2 4 3 3 3 2 2 2 A = h = Ahex = 6 × F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A Além do comprimento, a área de uma circunferência também depende de seu raio e de π. Podemos calcular a área e o comprimento de somente uma “fati a” da circunferência. Chamamos esse pedaço de setor cir- cular. Sua área e comprimento são diretamente proporcionais ao ângulo que o defi ne. Assim, podemos encontrá-los com uma Regra de Três: Chamamos de coroa circular a área conti da entre duas circun- ferências com o mesmo centro. A área dessa coroa nada mais é que a diferença entre a área maior e a área menor Círculo Setor Circular Coroa Circular C = 2πr V - A + F = 2 V = abc V = a3 AT = 2 × (ab + ac + bc) AT = 6 × a2 D = D =A = π(R2 - r2) A = πr2 Asc Cscπr2 2πr θ θ360° 360° = = F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A 3Além do comprimento, a área de uma circunferência também 3Além do comprimento, a área de uma circunferência também V - A + F = 23V - A + F = 2Nos poliedros convexos, uma importante relação associa os números de seus elementos a uma constante. A Relação de Euler nos diz que: Paralelepípedos são prismas retos cuja base é um retân- gulo. Note que, nesse caso, qualquer face pode ser vista como uma base. Um caso parti cular de paralelepípedo em que todas as arestas têm a mesma medida. Geometria Espacial Relação de Euler Paralelepípedos Retângulos (a2 + b2 + c2) 3a2 3a= F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A Cilindros são como prismas mas, ao invés de um polígono em sua base, possuem circunferências. Um tetraedro regular é uma pirâmide em que todas as faces (tanto a base quanto as faces laterais) são triângulos equilá- teros. Isso significa que todas as arestas desse sólido têm a mesma medida! Cones estão para pirâmides assim como cilindros estão para prismas, ou seja, possuem muitas semelhanças com pirâmi- des, mas têm uma circunferência em sua base. Um cilindro é dito equilátero quando um corte por seu centro mostra um quadrado. Isso significa que sua altura é igual à medida do diâmetro da base, ou seja Uma pirâmide é um sólido com uma base poligonal e um vér- tice que se liga a todos os vértices da base Cilindros Tetraedro Regular Cones Cilindro Equilátero Pirâmides V = Ab × H H = 2R AT = Ab + AL AL = 2πRH AT = 2Ab + AL g2 = R2 + H2 AL = πRg AT = Ab + AL AL = n × V = V = (ab × AP) (ab × H) Ab × H 2 3 3 H = V =6 2 3 12 l l3 F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A Um cone é dito equilátero quando um corte por seu centro mostra um triângulo equilátero. Isso signifi ca que sua geratriz é igual à medida do diâmetro da base, ou seja: Um fuso é uma seção da superfí cie da esfera. Essa seção está proporcionalmente ligada ao ângulo que a defi ne. Podemos usar uma Regra de Três para encontrar a área desse fuso. Se considerarmos o gomo defi nido por esse fuso, podemos cal- cular também o volume desse gomo. Uma esfera é defi nida por todos os pontos do espaço que estão a uma mesma distância de um centro.Uma esfera é o equivalente tridimensional de uma circunferência. Se traçarmos um plano cortando uma esfera, a interseção sempre será uma circunferência. A maior possível é a de raio igual ao da própria esfera (R), quando o corte passa pelo cen- tro. Mas qualquer outro corte gerará uma circunferência de raio menor (r) que, se conhecermos a distância do corte (d), podemos encontrar por uma relação pitagórica: Cone Equilátero Fusos Esferas Seção Esférica g = 2R A = 4πR2 R2 =d2 + r2 4πR3V = d(A, B) = (xA- xB )2 + (yA - yB )2 3 Afuso VgomoAesfera Vesfera θ θ360° 360° = = 4Se traçarmos um plano cortando uma esfera, a interseção 4Se traçarmos um plano cortando uma esfera, a interseção sempre será uma circunferência. A maior possível é a de raio 4sempre será uma circunferência. A maior possível é a de raio quando o corte passa pelo cen-4 quando o corte passa pelo cen-tro. Mas qualquer outro corte gerará uma circunferência de 4tro. Mas qualquer outro corte gerará uma circunferência de d(A, B) = (x4d(A, B) = (xComo os eixos são perpendiculares entre si, podemos sem-pre imaginar um triângulo retângulo entre quaisquer dois pontos. Isso signifi ca que a distância (d) entre dois pontos pode ser encontrada através do Teorema de Pitágoras!Geometria AnalíticaDistância entre dois Pontos F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A No plano cartesiano, quaisquer 3 pontos não colineares ge- ram um triângulo. Podemos calcular a área desse triângulo: Duas retas r e s são paralelas se possuem o mesmo coefi- ciente angular. Às vezes, duas retas paralelas na verdade são a mesma reta pois possuem o mesmo coeficiente angular e também o mesmo coeficiente linear. Nesse caso dizemos que elas são correspondentes. Um caso particular das retas concorrentes acontece quando o ângulo entre as duas retas é 90°. Dizemos que essas retas são perpendiculares entre si. Uma fórmula fechada para a distância existe, utilizando os co- eficientes da equação geral da reta Ax+By+C=0 e as coorde- nadas do ponto: Assim como uma reta, uma circunferência também é forma- da por infinitos pontos que possuem uma característica em comum: todos eles estão a uma mesma distância (R) de um Centro. Se considerarmos um ponto P=(x,y) genérico, isso é o mesmo que: Área de Triângulo Retas Paralelas Retas Perpendiculares Distância entre Ponto e Reta Circunferências 1AΔ = r II s ar = as r s ar × as = -1 xA yA xB yB xC yC xA yA × 2 d(P, r) = (x - xc)2 + (y - yc)2 = R2 A2 + B2 | AxP + ByP + C | 5Essa fórmula nada mais é do que um método para encontrar as raízes reais de uma equação do segundo grau fazendo uso apenas de seus coefi cientes. O gráfi co de uma parábola é sempre simétrico em relação ao vérti ce. Isso signifi ca que tudo à esquerda dele é um re-fl exo do que está à direita e vice-versa. Para achar o vérti ce temos as seguintes fórmulas: As propriedades dos logaritmos são propriedades operató- rias que simplifi cam os cálculos dos logaritmos, principal- mente quando as bases não são iguais. Uma parte importante da fórmula é o que chamamos de discriminante: O discriminante define como as raízes desse polinômio se comportam: Duas raízes reais distintas; Uma raiz real com multiplicidade 2; Par de raízes complexas conjugadas. Funções Fórmula da equação quadrática Vértice Propriedades Logarítmicas F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A x = xV = yV = logb (xy) = logb x + logb y logb = logb x - logb y = = Δ = b2 - 4ac Δ>0 Δ=0 Δ<0 b2 - 4ac-b ± x1 + x2 -Δ -(b2 - 4ac) -b 2a 2 4a 4a 2a y x logy x logy b logb x = y.logb x = logb xy Como vimos em Geometria, as razões entre lados de um tri- ângulo retângulo recebem nomes especiais Quando conhecemos apenas um ângulo do triângulo e dois lados dele, podemos utilizar essa relação para encontrar o terceiro lado: Quando conhecemos dois ângulos e um lado, podemos usar essa relação para encontrar um segundo lado: A partir dos valores do seno e cosseno de dois arcos, podemos obter o seno e o cosseno de sua soma ou de sua diferença. A principal relação que temos na trigonometria é o que cha- mamos de Identidade Trigonométrica. Ela nada mais é que a aplicação do Teorema de Pitágoras no círculo trigonométri- co. Note que a hipotenusa tem comprimento 1! Essa mesma Identidade pode ser escrita de duas outras for- mas: dividindo todos os termos cos2 x: Ou dividindo todos os termos por sen2 x: Funções Trigonométricas A Lei dos Cossenos A Lei dos Senos Soma e Subtração de Arcos Identidade Trigonométrica Cateto Oposto Cateto Adjacente Cateto Oposto Hipotenusa Hipotenusa Cateto Adjacente senα = senα senb senc a b c= = 1 = sen2 x + cos2 x a2 = b2 + c2 - 2.b.c.cos α sen (α+β) = sen (α) cos (β) +sen (β) cos (α) cos (α+β) = cos (α) cos (β) - sen (β) sen (α) sen (α-β) = sen (α) cos (β) - sen (β) cos (α) cos (α-β) = cos (α) cos (β) + sen (β) sen (α) sec2 x = tg2 x + 1 cosec2 x = 1 + cotg2 x cosα = tgα = F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A 6Em uma progressão aritméti ca, se conhecemos um termo, sua posição e a razão, podemos encontrar qualquer outro termo dela pela seguinte fórmula Quando consideramos uma parte fi nita de uma progressão geométrica, temos uma propriedade análoga à da progres- são aritméti ca: o produto dos extremos é igual ao produto de quaisquer dois termos equidistantes desses extremos. Novamente, podemos imaginar quanto é a soma de um nú- mero fi nitos de termos de uma progressão geométrica. Po- rém, não podemos usar a média geométrica para encontrar um somatório. Para a soma fi nita de n termos de uma pro- gressão geométrica vamos usar a seguinte fórmula: Se ti vermos uma progressão aritméti ca fi nita podemos nos perguntar qual o valor da soma de todos os seus termos. Para isso, podemos imaginar que cada termo pode ser substi tuído pelo valor médio dos extremos, pois isso não alterará a soma. Quando consideramos uma parte fi nita de uma progressão aritméti ca, temos uma propriedade interessante: a soma dos extremos é igual à soma de quaisquer dois termos equi- distantes desses extremos. Assim como na progressão geométrica, se conhecemos um ter- mo de uma progressão geométrica, sua posição e a razão, pode- mos encontrar qualquer outro termo dela por uma fórmula Sequências Progressão Aritmética - Termo Geral Termo Médio Soma Finita de TermosSoma Finita de Termos Termo Médio Progressão Geométrica - Termo Geral an = ak + (n - k) × r an = ak × qn-k 2 2 q - 1 a1 + a3 a1 + an a1 × (qn - 1) a2 = Sn = n × Sn = a2 = a1 × a3 F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A 7 Uma desses casos é o das progressões geométricas com ra- zão |q|<1. Note que, nesse caso, os termos da progressão vão fi cando cada vez menores, em módulo, conforme a sequência avança. A soma desses termos vai se aproximando cada vez mais de um valor e dizemos que ela converge para esse valor no infi nito. Para encontrar esse valor, vamos uti lizar a fórmula: Soma Infinita de Termos 1 - q (n - p)! (n - p)! × p! N(Ω) a1 n! n! N(E) S∞ = An,p = Cn,p = P(E) = n! = n × (n - 1) × (n - 2) × … × 3 × 2 × 1 Pn = n! O fatorial de um número é calculado pela multi plicação desse número por todos os seus antecessores até chegar ao número 1. Quando queremos ordenar um número qualquer de obje- tos, cada ordem possível é uma permutação desses objetos. Quando queremos ordenar um subconjunto de um núme- ro total de elementos, chamamos cada ordenamento de um arranjo. Para calcular o número total de arranjos, devemos conhecer o número total n de elementos e o número de ele- mentos p do subconjunto que queremos organizar. Uma combinação de p elementos de um conjunto de n ele- mentos é uma maneira de selecionar esses elementos de forma que a ordem não importe. A probabilidade de um certo evento é calculada como a ra- zão do número de elementos desse evento pelo número de elementos do conjunto amostral. Análise Combinatória e Probabilidade Progressão Aritmética - Termo Geral Permutação SimplesArranjo Combinação Probabilidade - Cálculo de Probabilidade F Ó R M U L A S I M A T E M Á T I C A Físi ca F Ó R M U L A SF Ó R M U L A SF Ó R M U L A SF Ó R M U L A S Nesse e-book coloquei as equações mais importantes que você precisa saber para ir bem em Física. Aconselho uma boa leitura dele, pois isso faci- litará muito o entendimento das relações fí sicas entre as grandezas. Quando senti r vontade de jogar tudo para cima, mentalize o mo- mento do listão, aquela gritaria de todos na sua casa, aquela feli- cidade que arrepia todos que estão por perto. Mentalize isso, pois é o melhor combustí vel para conti nuar lutando e será o momen- to em que você vai olhar para trás e ver que TUDO VALEU A PENA ! Bons estudos e que a fí sica esteja com você ean Prof. F Ó R M U L A S I F Í S I C A Sempre digo para você: F Ó R M U L A S I F Í S I C A 1 2d = V.tMECÂNICA MECÂNICACinemáticaMovimento Retilíneo Uniforme DINÂMICALeis de Newton Cinemática Movimento Retilíneo Uniformemente Variado Cinemática Movimento Circular Uniforme Onde: V= velocidade constante d= deslocamento t= tempo Onde: V= velocidade linear o tangencial R= Raio do círculo f= frequência T= Período ω= velocidade angular ac= aceleração centrípeta FR= m.a P= m.g Fate= μe.N (Máx) Fatc= μc.N FR= força resultante a= aceleração g= aceleração da gravidade P= força peso N= força normal Fate= força de atrito estáti co Fatc = força de atrito cinéti co μ = coefi ciente de atrito Onde: Vo= velocidade inicial d= deslocamento a= aceleração Vf= velocidade fi nal t= tempo Δv= variação da velocidade Δt= variação do tempo Δt T T R 2 Δv 2.π.R 2.π V2 a.t²a = V = V = ω.R V = 2.π.R.f ω = 2.π.fω = ac = = ω2.R Vf2 2adVo2= + d = Vo.t + 3 DINÂMICA Energia Mecânica DINÂMICA Trabalho Mecânico DINÂMICA Potência Mecânica DINÂMICA Quantidade de Movimento DINÂMICA Impulso Ec= Energia Cinéti ca Epg= Energia Potencial Gravitacional Epe= Energia Potencial Elásti ca h= altura k= constante elásti ca X= deformação elásti ca W = F . d . cosθ WR = ΔEc Onde W= Trabalho d= descolamento θ= ângulo entre F e d ΔEc= Variação da Energia Cinéti ca WR= Trabalho Resultante P= potência W= Trabalho Δt= variação do tempo F= força constante Q= m.V Q= quanti dade de movimento V= velocidade I= F.Δt I= ΔQ I= Impulso F= força constante Δt= variação do tempo ΔQ= Variação da Quanti dade de Movimento R= raio médio da orbita do planeta T= período da órbita do planeta G= constante gravitacional universal g= aceleração gravitacional local 2 2 Δt Δt d2 d2 RA3 RB3 m.V2 k.X2 W ΔE G . M . m G . M TA2 TB2 Ec = Epg = m.g.h Epe = P = P = F = g = = P = F. V ASTRONOMIA Gravitação F Ó R M U L A S I F Í S I C A 4 5HIDROSTÁTICA TERMOLOGIAVA ΔT A1 A2 m F Q F1 F2 d = Ph = d . g . h E = df . Vf . g P = C = = m . c = d= densidade V= Volume P= pressão A= área h= profundidade no fl uido df= densidade do fl uido Vf= volume de fl uido deslocado ΔL = L0 . α . ΔT ΔA = A0 . β . ΔT ΔV = V0 . γ . ΔT β = 2 . α γ= 3 . α Qs = m . c . ΔT QL = m . L C = m . c L= comprimento A= área V= volume α, β, γ= Coefi ciente de dilatação linear,superfí cial e volumétrica. ΔT= variação de temperatura Q= quanti dade de calor c= calor específi co L= calor latente C= capacidade térmica Dilatação Calorimetria F Ó R M U L A S I F Í S I C A T0 F0 Di fDi Do ODo T1 T2 Vsom ± Vobservador Vsom ± Vfonte Q2 Q1 Q1 T P0 . V0 1 1 1 1 I T2 T1 fo ff Q1 W Q2 W = P . ΔV Q = W + ΔU W = Q1 - Q2 Q2= calor da fonte fria T= temperatura U= energia interna η= rendimento ncarnot= rendimento de carnot P= pressão V= Volume ΔV= Variação de Volume ΔU=Variação da Energia Interna Q1= Calor da fonte quente Onde. F0= distância focal DI= distância da imagem DO= distância do objeto A= aumento ou ampliação I= tamanho da imagem O= tamanho do objeto n= índice de refração θ1= Angulo de Incidência θ2= Angulo de refração onde V= velocidade λ= comprimento de onda f= frequência da onda fo= frequência observada Vsom= velocidade da onda sonora nomeio Vobservador= velocidade do observador ff= frequencia original da fonte Vfonte= velocidade da fonte sonora ηcarnot ou ideal = 1 - P . V= = T = A = n1 . senθ1 = n2 . senθ2 V = λ . f + = = = η = = 1 - Termodinâmica ACÚSTICA Efeito doppler para o som 66666F6F060 D6Di6iD6Di6i O6OD6Do6o161 161=6=A =6A = +6+=6= 77f7f171onde 7onde T =7T =V = λ . f7V = λ . fÓPTICA ONDULATÓRIA F Ó R M U L A S I F Í S I C A 8 9 ELETROSTÁTICA ELETRODINÂMICA d2 d2 d d d q K . |Q . q| K . |Q| ΔUAB K . Q K . Q1 . Q2 F ΔQ ρ . L U U2 1 1 RA . RB 1 1 Δt A I R Req Req R1 RA + RB R2 R3 F = E = E = U = W = -q . (UB - UA) Epotencial = E = i = R = R = P = = = + + + ...U = R . I P = U . I Req = R1 + R2 + R3 + ... P = I2R Q = n . e d= distância Q, q= carga elétrica n= número de partí culas e= carga elementar K= constante elétrostáti ca E= campo elétrico Epotencial= Energia Potencial elétrica U= potencial elétrico L= comprimento do fi o I= Intensidade de corrente elétrica ΔQ= variação de carga R= resistência elétrica U= diferença de potencial (ddp), tensão elétrica, voltagem A= área da secção transversal do fi o ρ= resisti vidade P= potência Req= resistência equivalente Série Paralelo Paralelo F Ó R M U L A S I F Í S I C A 10 11 ELETROMAGNETISMO FÍSICA MODERNA 2 . π . d 2 . R q . B Δt μ . I μ . I m . V U1 U2 N1 N2 -ΔΦB B = F = B . V . q . senθ F = B . I . L . senθ E = h . f ΔE = Δm . c² B = R = = ε = B= campo magnéti co d= distância do fi o R= raio V= velocidade L= comprimento do fi o ε= força eletromotriz (ddp) Φ= Fluxo magnéti co ΔΦ= Variação de Fluxo magnéti co] U= diferença de potencial N= número de espiras I= Intensidade de corrente elétrica μ= permeabilidade magnéti ca θ= angulo entre B e V ou entre B e i Onde E= energia do fóton h= constante de planck Onde ΔE= variação de energia ΔE= variação de massa c= velocidade da luz no vácuo Equivalência de Massa-Energia F Ó R M U L A S I F Í S I C A F Ó R M U L A S I F Í S I C A Ondas de Matéria Relatividade Restrita h 1 1 - c 2 v2 2 h Q m . v λbroglie = γ = Lparado = γ . Lmovimento tparado = γ . tmovimento mmovimento = γ . mparado λbroglie = Onde λbroglie= comprimento de onde de Louis De Broglie ou onda de matéria h= constante de planck Q= quantidade de movimento ou momento linear m= massa v= velocidade Onde Lparado= comprimento medido pelo referencial parado Lmovimento= comprimento comprimido γ= Fator de conversão Relatívistico (Fator de Lorentz) c= velocidade da luz no vácuo v= velocidade relativa Quími ca F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A Para os vesti bulares e ENEM é muito importante dispor de estratégias bem defi nidas para alcançar uma excelente pontuação. Além de estar com a ca- pacidade de resolução de conteúdos interpretati vos bem treinada, também é importantí ssimo ter em mente e entender as principais fórmulas para as questões de Química dos concursos. Então, para te ajudar a se organizar e não dar branco no dia da prova, nesse material estão descritas as principais fórmulas de Química para os vesti bula- res e ENEM, uma das disciplinas que os candidatos mais apresentam difi cul- dade e que tem uma relevante contribuição na pontuação fi nal dos concursos. Prof. F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A Prof.Prof.Prof. isoni 1 2Quanti dade de Matéria é a grandeza que indica o núme-ro de mols conti do em um determinado sistema, de acordo com a seguinte expressão: A concentração de uma solução corresponde à proporção de soluto em relação à quanti dade da solução. As principais formas de se expressar a concentração de uma solução são:a) Concentração Comum ou Concentração massa/volume: C b) Concentração Molar ou Concentração quanti dade de ma- téria/volume: M Onde: C= concentração comum ou concentração massa/volumem1= massa de soluto (em g) V= volume de solução (em L) Onde: M = concentração molar ou concentração quanti dade de matéria/volume n1 = quanti dade de matéria de soluto (em número de mols) V = volume de solução (em L) m1 = massa de soluto (em g) MM1 = massa molar do soluto (em g/mol) Onde: n= quanti dade de matéria (em mols) m= massa de substância (em g) MM= massa molar da substância (em g/mol) Densidade é a razão entre a massa de um sistema e o volu- me por ele ocupado, conforme equação a seguir: Onde: d= densidade m= massa V= volume n = C = M = M =ou d = m m1 n1 m1 m MM V V MM1 . V V Sistemas Químicos Soluções Quantidade de Matéria: nn Expressões de concentração de soluções Densidade: dd F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A c) Título ou Concentração massa/massa: Ƭ Ƭ = Cp.p.m. = Cp.p.m. = m = m1 + m2 mi = mf ou ni = nf m1 m1 V1 m m V Onde: Ƭ= título ou concentração massa/massa m1= massa de soluto (em g) m= massa de solução (em g) Sendo que: Onde: Cp.p.m. = concentração em partes por milhão V1= volume de soluto (em cm3) V= volume de solução (em m3) d) Concentração em partes por milhão em massa: Cp.p.m. Onde: m= massa de solução (em g) m1= massa de soluto (em g) m2= massa de solvente (em g) Onde: Cp.p.m.= concentração em partes por milhão m1= massa de soluto (em mg) m= massa de solução (em kg) e) Concentração em partes por milhão em volume: Cp.p.m. Em um processo de diluição por adição de solvente à solu- ção, a quantidade de soluto (massa, quantidade de matéria, etc.) não se altera. Dessa forma: Considerando-se as expressões de concentração comum (C) e concentração molar (M), tem-se que: Onde: Ci= concentração comum inicial (antes da diluição) Cf= concentração comum final (após a diluição) Mi= concentração molar inicial (antes da diluição) Mf= concentração molar final (após a diluição) Vi= volume inicial (antes da diluição) Vf= volume final (após a diluição) Sendo que: Vi= volume inicial (antes da diluição) Vf= volume final (após a diluição) Vd= volume de diluente ou volume de solvente adicionado Ci . Vi = Cf . Vf ou Mi . Vi = Mf . Vf Vf = Vi + Vd Diluição de Soluções F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A 3A entalpia (H) é uma função de estado, pois é uma grande-za que não depende dos estados intermediários pelos quais passa a reação, mas sim de seus estados inicial e fi nal. Por-tanto a variação de entalpia de um processo é dada por: Onde: ΔH= variação de entalpia Hprodutos= entalpia dos produtos Hreagentes= entalpia dos reagentes Dessa forma, em processos endotérmicos, nos quais ocor- re absorção de calor pelo sistema, tem-se ΔH>0. Por outro lado, em processos exotérmicos, nos quais ocorre liberação de calor pelo sistema, tem ΔH<0. a) A parti r do calor de formação (ΔHf) de produtos e reagentes O calor de formação (ΔHf) é a variação de entalpia de uma reação de formação de um mol de um determinado produto a parti r das substâncias simples que lhe deram origem, na for- ma alotrópica mais estável e no estado padrão (H = 0). A parti r dessa grandeza pode-se calcular o ΔH de diversas rea- ções, conforme a expressão seguinte: b) A parti r da energia de ligação de reagentes e produtos A energia de ligação é a energia necessária para romper ou for- mar um mol de ligações no estado gasoso. Como a energia de ligação entre os átomos é prati camente constante, qualquer que seja a substância da qual façam parte, pode-se tabelar esses va- lores e calcular o ΔH de uma reação através da expressão: Considerando-se que o rompimento de ligações corresponde a um processo endotérmico (H>0) e que a formação de ligações corresponde a um processo exotérmico (H<0), tem-se que: Onde: ΔHoreação= variação de entalpia padrão da reação E.L.oreagentes= energia de ligação padrão dos reagentes E.L.oprodutos= energia de ligação padrão dos produtos Onde: ΔHoreação= variação de entalpia padrão da reação ΔHof. produtos= entalpia de formação padrão dos produtos ΔHof. reagentes= entalpia de formação padrão dos reagentes Termoquímica Variação de entalpia de um processo: ΔH Cálculo teórico do ΔH de uma reação ΔH = Hprodutos – Hreagentes ΔH°reação = ∑ΔH°f. produtos – ∑ΔH°f. reagentes ΔH°reação = ∑ΔH°ligações rompidas nos reagentes + ∑ΔH°ligações formadas nos produtos ΔH°reação = ∑E.L.oreagentes – ∑E.L.°produtos F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A 4A velocidade média (vm) de uma reação é defi nida como: Onde: vm= velocidade média Δquanti dade= variação de massa, quanti dade de matéria, concentração, etc. Δt= variação de tempo A velocidade de uma reação é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes elevadas a expo- entes determinados experimentalmente, a uma dada temperatura. Onde: v = velocidade de reação k = constante cinéti ca ou constante de velocidade [Reagentes] = concentração molar dos reagentes (em mol/L) α = ordem Cinética Química Velocidade Média: vm Lei da Ação das Massas ou velocidade de reação: v Vm = = Δquantidade quantidade final – quantidade inicial v = k . [Reagentes]α tempo final – tempo inicial Δt Nesse contexto, a velocidade de consumo é defi nida como a taxa de rapidez ou a lenti dão com que os reagentes são consu- midos e adquiri valores negati vos, visto que, a quanti dade fi nal de reagente é menor do que a quanti dade inicial da substância. Por outro lado, a velocidade de formação é defi nida como a taxa de rapidez ou a lenti dão com que os produtos são forma- dos e adquiri valores positi vos, visto que, a quanti dade fi nal de produto é menor do que a quanti dade inicial da substância. F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A Para uma equação genérica: Onde: v = velocidade de reação k = constante cinéti ca ou constante de velocidade [A] = concentração molar do reagente A (em mol/L) [B] = concentração molar do reagente B (em mol/L) a = ordem do reagente A b = ordem do reagente b a + b = ordem global ou ordem de reação É importante ressaltar que da equação da lei da ação das massas só parti cipam reagentes gasosos ou em solução aquosa e que quando uma reação química processa-se em etapas, a etapa mais lenta é a determinante da velocidade de reação. Além disso, a velocidade de reação para um sis- tema com parti cipantes gasosos é diretamente proporcional às pressões parciais destes, elevadas a seus respecti vos co- efi cientes estequiométricos, conforme a equação a seguir: Onde: v = velocidade de reação k = constante cinéti ca ou constante de velocidade PA = pressão parcial do reagente A (em atm) PB = pressão parcial do reagente B (em atm) a = ordem do reagente A b = ordem do reagente b a + b = ordem global ou ordem de reação temos que: aA(g) + bB(g) → cC(g) + dD(g) v = k . [A]a . [B]b v = k . (PA)a . (PB)b Kc =5É importante ressaltar que da equação da lei da ação das 5É importante ressaltar que da equação da lei da ação das massas só parti cipam reagentes gasosos ou em solução 5massas só parti cipam reagentes gasosos ou em solução K5K =5=A expressão da constante de equilíbrio em termos das con-centrações é dada por: Onde: Kc= constante de equilíbrio em termos das concentrações molares [Produtos]= concentração molar dos produtos no equilíbrio (em mol/L) [Reagentes]= concentração molar dos reagentes no equilíbrio (em mol/L) Equilíbrio Químico Constante de equilíbrio em termos das concentrações: Kc [Produtos] [Reagentes] F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A Para uma equação genérica: Para uma equação genérica: temos que: Onde: Kc = constante de equilíbrio em termos das concentrações molares [A] = concentração molar de A no equilíbrio (em mol/L) [B] = concentração molar de B no equilíbrio (em mol/L) [C] = concentração molar de C no equilíbrio (em mol/L) [D] = concentração molar de D no equilíbrio (em mol/L) A expressão da constante de equilíbrio em termos das pressões parciais é dada por: Onde: Kp = constante de equilíbrio em termos das pressões parciais Pprodutos = pressão parcial dos produtos no equilíbrio (em atm) Preagentes = pressão parcial dos reagentes no equilíbrio (ematm) Onde: Kp = constante de equilíbrio em termos das pressões parciais PA = pressão parcial de A no equilíbrio (em atm) PB = pressão parcial de B no equilíbrio (em atm) PC = pressão parcial de C no equilíbrio (em atm) PD = pressão parcial de D no equilíbrio (em atm) É importante ressaltar que o valor numérico da constante de equilíbrio (Kc ou Kp) depende de dois fatores, apenas: da temperatura e dos coeficientes estequiométricos utilizados para expressá-la. Por isso, é comum o cálculo da constante de equilíbrio com os menores coeficientes inteiros possíveis. Além disso, só devem ser consideradas na constante de equi- líbrio substâncias gasosas ou em solução aquosa. aA(g) + bB(g) → cC(g) + dD(g) aA(g) + bB(g) → cC(g) + dD(g) Kc = Kp = [C]c . [D]d [PC]c . [PD]d [A]a . [B]b [PA]a . [PB]b Constante de equilíbrio em termos das pressões parciais: Kp Kp = Pprodutos Preagentes F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A 6A água pura se auto-ioniza de acordo com a seguinte equa-ção simplifi cada: Como esse processo é reversível, ele ati nge o estado de equilíbrio, que pode ser representado por uma constante em termos de concentração (Kw): Quando um ácido é dissolvido em água ocorre o processo de ionização, conforme representação pela equação a seguir: Onde: Kw = constante de auto-ionização da água [H+] = concentração molar de íons H+ no equilíbrio (em mol/L) [OH–] = concentração molar de íons OH– no equilíbrio (em mol/L) Como o processo de ionização de ácidos em água é reversí- vel, ele ati nge o estado de equilíbrio, que pode ser represen- tado por uma constante em termos de concentração (Ka): Onde: Ka = constante de ionização ou acidez [H+] = concentração molar de íons H+ no equilíbrio (em mol/L) [A–] = concentração molar de íons A– no equilíbrio (em mol/L) [HA] = concentração molar de HA no equilíbrio (em mol/L) Quando uma base é dissolvida em água ocorre o processo de dissociação, conforme representação pela equação a seguir: Equilíbrio Iônico Equilíbrio de auto-ionização da água Equilíbrio iônico em meio ácido Equilíbrio iônico em meio básico H2O(l) ↔ H+(aq.) + OH-(aq.) Kw = [H+] . [OH–] HA(aq.) ↔ H+(aq.) + A-(aq.) MOH(aq.) ↔ M+(aq.) + OH-(aq.) Ka = [H]+ . [A-] [HA] F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A Como processo de dissociação de bases em água é reversí- vel, ele atinge o estado de equilíbrio, que pode ser represen- tado por uma constante em termos de concentração (Kb): Onde: Kb = constante de dissociação ou basicidade [M+] = concentração molar de íons M+ no equilíbrio (em mol/L) [OH–] = concentração molar de íons OH– no equilíbrio (em mol/L) [MOH] = concentração molar de MOH no equilíbrio (em mol/L) A manipulação matemática das constantes de acidez e de basicidade para monoácidos e para monobases leva à equação de Lei de Diluição de Ostwald: a) Para eletrólitos moderados: Onde: K = constante de acidez ou basicidade M = concentração molar da solução ácida ou básica (em mol/L) α = grau de ionização ou dissociação Devido aos baixos valores de Kw, [H+] e [OH–], Sörensen pro- pôs expressar a concentração de íons [H+] e [OH–] pelo uso do logaritmo, conforme equações a seguir: Dessa forma, para as soluções, a concentração de íons [H+] e [OH–] pode ser calculada pelas seguintes expressões: Na temperatura de 25oC, para uma solução aquosa, tem-se que: Logaritmando e multiplicando-se por –1 os dois membros da igualdade, tem-se que: b) Para eletrólitos fracos: Onde: K = constante de acidez ou basicidade M = concentração molar da solução ácida ou básica (em mol/L) α = grau de ionização ou dissociação Kb = K = [M+] . [OH-] M . α2 K = M . α2 pH = – log[H+] pOH = – log[OH–] [H+] = 10–pH [H+] . [OH–] = 10–14 pH + pOH = 14 [MOH] 1 - α Lei da diluição de Ostwald Escalas de ppH e ppOH [OH–] = 10–pOH F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A 7Na temperatura de 25oC, a diferença de potencial de um processo eletroquímico (células galvânicas ou células eletro-líti cas) pode ser calculada pela seguinte expressão: Onde: ΔEo = diferença de potencial padrão do processo eletroquí- mico (em V) Eored. = potencial padrão de redução (em V) Eoox. = potencial padrão de oxidação (em V) Experimentalmente, verifi cou-se que 96500 C ou 1F (um Faraday) é a carga necessária para transformar a massa mo- lar por unidade de carga (E) de qualquer substância em um processo eletroquímico. Logo: Onde: m = massa de substância (em g) i = corrente elétrica (em A) t = tempo (em s) E = equivalente-grama Sendo que: Onde: E = equivalente-grama MM = massa molar da substância (em g/mol) NOx = carga da substância Eletroquímica Diferença de potencial de um processo eletroquímico: ∆Eo Equação geral da eletrólise ΔEo = Eored. + Eoox. m = E = i . t . E MM 96500 NOx F Ó R M U L A S I Q U Í M I C A
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