QUIMICA

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Raymond Chang 
Kenneth A. Goldsby
C456q Chang, Raymond.
Química [recurso eletrônico] / Raymond Chang, Kenneth 
A. Goldsby ; [tradução: M. Pinho Produtos Digitais 
Unipessoal Lda.]; revisão técnica: Denise de Oliveira Silva, 
Vera Regina Leopoldo Constantino. - 11. ed. - Dados 
eletrônicos. - Porto Alegre : AMGH, 2013.
Editado também como hvro impresso em 2013.
ISBN 978-85-8055-256-0
1. Química. I. Goldsby, Kenneth A. II. Título.
CDU 54
Catalogação na publicação: Ana Paula M. Magnus - CRB10/2052
0 hélio primordial e a teoria do Big Bang
D e onde viemos? Como o Universo começou? Os humanos têm formulado essas perguntas desde quando começaram 
a pensar. A busca por respostas proporciona um exemplo do 
método científico.
Na década de 1940, o físico russo-americano George 
Gamow formulou a hipótese de que o nosso Universo teve 
início há bilhões de anos em uma explosão gigantesca, ou 
Big Bang. Nos seus momentos iniciais, o Universo ocupava 
um volume minúsculo e era inimaginavelmente quente. Esta 
bola de fogo faiscante de radiação misturada com partículas 
microscópicas de matéria esfriou gradualmente de modo que 
átomos puderam se formar. Sob a influência da gravidade, eles 
aglomeraram-se para gerar bilhões de galáxias incluindo a 
nossa, a Via Láctea.
A ideia de Gamow é interessante e muito provocativa e 
foi experimentalmente testada de várias maneiras. Primeiro, 
as medições mostraram que o Universo está em expansão; isto 
é, as galáxias estão afastando-se umas das outras a grandes ve­
locidades. Este fato é consistente com o nascimento explosivo 
do Universo. Imaginando a expansão ao contrário, como em 
um filme em reverso, os astrônomos deduziram que o Univer­
so nasceu há cerca de 13 bilhões de anos. A segunda observa­
ção que apoia a hipótese de Gamow é a detecção da radiação 
cósmica de fundo. Ao longo de bilhões de anos, o Universo 
esfriou para 3 K (ou — 270°C)! A esta temperatura, a maior 
parte da energia está na faixa das micro-ondas. Como o Big 
Bang deve ter ocorrido simultaneamente em todo o minúsculo 
volume do Universo em formação, a radiação que gerou deve 
ter preenchido todo o Universo. Portanto, a radiação deve ser a 
mesma, seja qual for a direção em que se observe. De fato, os 
sinais de micro-ondas registrados pelos astrônomos são inde­
pendentes da direção.
A terceira parte da prova que apoia a hipótese de Ga­
mow é a descoberta de hélio primordial. Os cientistas acredi­
tam que o hélio e o hidrogênio (os elementos mais leves) fo­
ram os primeiros elementos formados nos passos iniciais da 
evolução cósmica. (Pensa-se que os elementos mais pesados, 
como o carbono, o nitrogênio e o oxigênio, tenham se forma­
do mais tarde, por via de reações nucleares envolvendo o hi­
drogênio e o hélio no centro das estrelas.) Se assim for, um gás 
difuso de hidrogênio e de hélio teria se espalhado por todo o 
Universo primitivo antes da formação de muitas galáxias. Em
Fotografia de uma galáxia distante, incluindo a posição de um 
quasar.
1995, os astrônomos analisaram a luz ultravioleta de um qua­
sar (uma fonte intensa de luz e de sinais de rádio que acredita- 
-se ser uma galáxia em explosão no extremo do Universo) 
distante e verificaram que, no seu percurso para a Terra, uma 
parte da luz era absorvida por átomos de hélio. Como este 
quasar está a mais de 10 bilhões de anos-luz (um ano-luz é a 
distância percorrida pela luz em um ano), a luz que chega à 
Terra revela acontecimentos que se deram há 10 bilhões de 
anos. Por que não se detectou o hidrogênio, que é mais abun­
dante? Um átomo de hidrogênio tem apenas um elétron, que é 
arrancado pela luz do quasar em um processo conhecido como 
ionização. Os átomos de hidrogênio ionizados não são capa­
zes de absorver a luz do quasar. Por outro lado, um átomo de 
hélio tem dois elétrons. A radiação pode arrancar um elétron, 
mas nem sempre os dois. Os átomos de hélio monoionizados 
ainda podem absorver luz e são, portanto, detectáveis.
Os proponentes da explicação de Gamow alegraram-se 
com a deteção de hélio nas regiões longínquas do Universo. 
Como reconhecimento de todas as provas que a apoiam, os 
cientistas referem-se à hipótese de Gamow como a teoria do 
Big Bang.
1.4 Classificação da matéria
No início da Seção 1.1 definimos a química como o estudo da matéria e das 
transformações que ela sofre. Matéria é tudo aquilo que ocupa espaço e tem 
massa. A matéria inclui coisas que podemos ver e tocar (como a água, a terra e 
as árvores), bem como coisas que não vemos (como o ar). Assim, tudo no Uni­
verso tem uma relação “química”.
Capítulo 1 ♦ Química: O estudo da transformação 7
Os químicos distinguem várias subcategorias de matéria baseadas na com­
posição e nas propriedades. As classificações da matéria incluem substâncias, 
misturas, elementos e compostos, bem como átomos e moléculas, que conside­
raremos no Capítulo 2.
Substâncias e misturas
Uma substância é uma forma de matéria que tem uma composição definida (cons­
tante) e propriedades distintas. Temos como exemplos a água, a amônia, o açúcar 
(sacarose), o ouro e o oxigênio. As substâncias diferem umas das outras na compo­
sição e podem ser identificadas por seu aspecto, cheiro, sabor e outras propriedades.
Uma mistura é uma combinação de duas ou mais substâncias em que es­
tas conservam as suas identidades distintas. Alguns exemplos familiares são o 
ar, as bebidas, o leite e o cimento. As misturas não têm uma composição cons­
tante. Por isso, amostras de ar colhidas em cidades diferentes certamente terão 
composições diferentes devido às diferenças de altitude, poluição, etc.
As misturas podem ser homogêneas ou heterogêneas. Quando uma colher 
de açúcar se dissolve em água obtemos uma mistura homogênea na qual a com­
posição é a mesma em toda a sua extensão. Se nústurarmos areia com limalha 
de ferro, contudo, os grãos de areia e a hmalha de ferro mantêm-se separados 
(Figura 1.4). Este tipo de mistura é chamado de mistura heterogênea porque a 
sua composição não é uniforme.
Qualquer mistura, homogênea ou heterogênea, pode ser criada e depois 
separada por meios físicos em seus componentes puros sem alterar a identida­
de dos componentes. Assim, o açúcar pode ser recuperado de uma solução em 
água por evaporação da água até à secura. A condensação do vapor devolve-nos 
o componente água. Para separar a mistura ferro-areia, podemos usar um ímã 
para retirar a limalha de ferro da areia, pois a areia não é atraída pelo únã [ver a 
Figura 1.4 (b)]. Depois da separação, os componentes da mistura terão a mesma 
composição e propriedades que tinham no início.
Elementos e compostos
As substâncias podem ser elementos ou compostos. Um elemento é uma subs­
tância que não pode ser separada em substâncias mais simples por processos 
químicos. Até agora, foram identificados, sem sombra de dúvida, 118 elementos. 
A maior parte deles ocorre naturalmente na Terra. Os outros foram criados pelos 
cientistas por meio de processos nucleares, que são o assunto do Capítulo 19 
deste livro.
(a) (b)
Figura 1.4 (a) A mistura contém lima­
lha de ferro e areia, (b) Um ímã separa 
a limalha da mistura. A mesma técnica 
é usada, em uma escala maior, para 
separar o ferro e o aço de objetos não 
magnéticos, como o alumínio, o vidro e 
os plásticos.
8 Química
Tabela 1.1 Alguns elementos comuns e seus símbolos
Nome Símbolo Nome Símbolo Nome Símbolo
Alumínio Al Cromio Cr Níquel Ni
Arsênio As Enxofre S Nitrogênio N
Bário Ba Estanho Sn Ouro Au
Bismuto Bi Ferro Fe Oxigênio O
Bromo Br Flúor F Platina Pt
Cálcio Ca Fósforo P Potássio K
Carbono C Hidrogênio H Prata Ag
Chumbo Pb Iodo I Sihcio Si
Cloro Cl Magnésio Mg Sódio Na
Cobalto Co Manganês Mn Tungstênio W
Cobre Cu Mercúrio Hg Zinco Zn
Por conveniência, os químicos usam símbolos de uma ou duas letras para 
representar os elementos. A primeira letra do símbolo é sempre maiuscula, mas 
as letras seguintes não. Por exemplo, Co é o símbolo do elemento cobalto, en­
quanto CO é a fórmula da molécula do monóxido de carbono. A Tabela1.1 
mostra os nomes e os símbolos dos elementos mais comuns; uma lista completa 
dos elementos aparece no verso da capa do livro. Os símbolos de alguns elemen­
tos derivam dos seus nomes latinos - por exemplo, Au de aurum (ouro), Fe de 
ferrum (ferro) e Na de natrium (sódio) - ao passo que a maior parte deles vem 
dos seus nomes ingleses. O Apêndice 1 explica a origem dos nomes e faz uma 
listagem dos descobridores da maioria dos elementos.
Os átomos da maior parte dos elementos podem interagir uns com os ou­
tros para formar compostos. O hidrogênio gasoso, por exemplo, entra em com­
bustão com o oxigênio para formar água, que tem propriedades bastante diferen­
tes das dos materiais iniciais. A água é constituída por duas partes de hidrogênio 
e uma parte de oxigênio. Esta composição não se altera, quer a água venha de 
uma torneira nos Estados Unidos, de um lago na Mongóha ou de um manto 
de gelo de Marte. Assim, a água é um composto, uma substância composta de 
átomos de dois ou mais elementos quimicamente unidos em proporções fixas. 
Ao contrário do que acontece com as misturas, os compostos apenas podem ser 
separados em seus componentes puros por processos químicos.
As relações entre os elementos, compostos e outras categorias de matéria 
estão resumidas na Figura 1.5.
Revisão de conceitos
Quais dos seguintes diagramas representam elementos e quais representam 
compostos? Cada esfera (ou esfera truncada) representa um átomo.
• •
# m
(a) (b) (c) (d)
Capítulo 1 ♦ Química: O estudo da transformação 9
Matéria
Figura 1.5 A classificação da matéria.
1.5 Os três estados da matéria
Todas as substâncias, pelo menos em princípio, existem em três estados: sólido, 
líquido e gasoso. Como mostra a Figura 1.6, os gases diferem dos Kquidos e dos 
sólidos nas distâncias entre as moléculas. Em um sólido, as moléculas mantêm- 
-se próximas umas das outras de uma forma ordenada com pouca liberdade de 
movimento. As moléculas em um Kquido estão próximas umas das outras mas 
não se mantêm em uma posição rígida e podem mover-se umas em relação às 
outras. Em um gás, as moléculas estão separadas por distâncias que são grandes 
quando comparadas com as dimensões das moléculas.
Os três estados da matéria podem interconverter-se sem alterar a compo­
sição da substância. Por aquecimento, um sólido (por exemplo, gelo) derrete­
rá para formar um líquido (água). (A temperatura a que esta transição ocorre 
chama-se ponto de fusão.) Continuando o aquecimento, o líquido se converterá 
em um gás. (Esta conversão dá-se no ponto de ebulição do Kquido.) Por outro 
lado, o resfriamento de um gás leva à sua condensação em um Kquido. Quando o 
líquido é resfriado, ele congelará formando o sólido. A Figura 1.7 mostra os três
Figura 1.6 Representações microscó­
picas de um sólido, de um líquido e de 
um gás.
Q
Q
O
Q
Q e
Q Q 
O .
Sólido Líquido Gasoso
10 Química
Figura 1.7 Os três estados da matéria. 
Um ferro quente converte gelo em água 
e vapor.
estados da água. Note que as propriedades da água são únicas entre as substân­
cias comuns pelo fato de as moléculas no estado líquido estarem mais próximas 
umas das outras do que no estado sólido.
Revisão de conceitos
Um cubo de gelo é colocado dentro de um recipiente que depois é fechado. 
Quando aquecido, o cubo de gelo primeiro derrete-se; depois, a água ferve e 
transforma-se em vapor. Qual das seguintes afirmações é verdadeira?
(a) A aparência física da água é diferente em cada fase da transformação.
(b) A massa de água é maior sob a forma de gelo e menor como vapor.
1.6 Propriedades físicas e químicas da matéria
As substâncias são identificadas pelas suas propriedades, bem como pela sua 
composição. A cor, o ponto de fusão e o ponto de ebulição são propriedades fí­
sicas. Uma propriedade física pode ser medida e observada sem alterar a com­
posição ou a identidade de uma substância. Por exemplo, podemos medir o 
ponto de fusão do gelo aquecendo um bloco de gelo e registrando a temperatura
Capítulo 1 ♦ Química: O estudo da transformação 11
a que este se converte em água. A água difere do gelo apenas na aparência, não 
na composição, logo, esta é uma transformação física; podemos congelar a água 
e recuperar o gelo original. Portanto, o ponto de fusão de uma substância é uma 
propriedade física. Do mesmo modo, quando dizemos que o gás hélio é mais 
leve do que o ar, estamos nos referindo a uma propriedade física.
Por outro lado, a afirmação “O hidrogênio entra em combustão com o oxi­
gênio para formar água” descreve mm.propriedade química do hidrogênio, por­
que para observar esta propriedade temos de realizar uma transformação quí­
mica, neste caso, a combustão. Depois da transformação, a substância original, o 
hidrogênio, terá desaparecido e tudo o que restará será uma substância química 
diferente - água. Não é possível recuperar o hidrogênio da água recorrendo a 
uma transformação física, como ferver ou congelar.
Sempre que cozinhamos um ovo, reahzamos uma transformação química. 
Quando submetidas a uma temperatura de cerca de 100°C, a gema e a clara 
do ovo sofrem mudanças que alteram não só o seu aspecto, mas também a sua 
constituição química. Ao ser injerido, o ovo é novamente transformado por subs­
tâncias nos nossos corpos chamadas enzimas. Esta ação digestiva é outro exem­
plo de transformação química. O que acontece durante a digestão depende das 
propriedades químicas, quer das enzimas, quer dos alimentos.
Todas as propriedades mensuráveis da matéria podem ser classificadas em 
uma de duas categorias: propriedades extensivas e propriedades intensivas. O 
valor medido de uma propriedade extensiva depende da quantidade de matéria 
considerada. A massa, que é a quantidade de matéria em uma dada amostra de 
substância, é uma propriedade extensiva. Mais matéria significa mais massa. 
Valores da mesma propriedade extensiva podem ser adicionados. Por exemplo, 
duas moedas de cobre terão uma massa que é a soma das massas de cada moeda, 
e o comprimento de duas quadras de tênis é a soma dos comprimentos de cada 
quadra. O volume é outra propriedade extensiva. O valor de uma propriedade 
extensiva depende da quantidade de matéria.
O valor medido de uma propriedade intensiva não depende da quantidade 
de matéria considerada. A densidade, definida como a massa de um objeto di­
vidida pelo seu volume, é uma propriedade intensiva, assim como a temperatura. 
Suponhamos que temos dois béqueres com água à mesma temperatura. Se os 
combinarmos de modo a obter uma única quantidade de água em um béquer 
maior, a temperatura da quantidade maior de água será a mesma que nos dois 
béqueres separados. Ao contrário da massa, do comprimento ou do volume, a 
temperatura e outras propriedades intensivas não são aditivas.
Hidrogênio em combustão no ar para 
formar água.
Revisão de conceitos
O diagrama em (a) mostra um composto formado por átomos de dois 
elementos (representado pelas esferas de cor diferente) no estado líquido. 
Quais dos diagramas (b) a (d) representam uma alteração física e quais re­
presentam uma alteração química?
• • • 
• • • • • • t
(a) (b) (c) (d)