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MOUSSE DE LIMÃO $5 VALIDADE / / MOUSSE DE MORANGO $5 VALIDADE / / $5 VALIDADE / / BROWNIE COM BRIGADEIRO $8 VALIDADE / / PUDIM FATIA $8 VALIDADE / / $20 VALIDADE / / MOUSSE DE MARACUJÁ PUDIM 500G $ 3 8 V A LI DA DE / / PU DI M 1K G MOUSSE DE LIMÃO $5 VALIDADE / / MOUSSE DE MORANGO $5 VALIDADE / / $5 VALIDADE / / BROWNIE COM BRIGADEIRO $8 VALIDADE / / PUDIM FATIA $8 VALIDADE / / $20 VALIDADE / / MOUSSE DE MARACUJÁ PUDIM 500G $ 3 8 V A LI DA DE / / PU DI M 1K G 1 Muito além da sala de aula! d 2 Muito além da sala de aula! 3 Muito além da sala de aula! ‘ Presencialmente 4 Muito além da sala de aula! Rendimento geral 395 REFERÊNCIAS Presencialmente 1 Muito além da sala de aula! Antes de começarmos os estudos, quero que você, querido(a) aluno(a), fique atento ao que vou dizer: em tudo a química se soma. Portanto, não adianta querer pular tópicos, pois o conteúdo é acumulativo. Além de tornar tudo mais parazeroso, essa linha temporal vai facilitar muito o entendimento. Vai ser bom de verdade! Garanto a você! Sabe o que é ainda mais legal? Todo o material foi preparado com base na BNCC (Base Nacional Comum Curricular), o que prova que ele está alinhado ao que é exigido no Ensino Médio e, principalmente, no ENEM. Você irá fechar essa prova, amém? Bom, como sabemos, a química está presente em todos os momentos das nossas vidas. Ela está diretamente ligada ao nosso dia a dia: seja na produção de pães, na digestão dos alimentos, na interação de medicamentos, no tecido das roupas que você usa e até mesmo em processos de vida ou morte. Tudo isso está relacionado a processos químicos. Neste primeiro módulo, vamos explorar a importância da química e apresentar seus conceitos iniciais. Vamos lá? 1.MÉTODO CIENTÍFICO Tudo que você escuta na internet ou de alguém você acredita, ou busca fontes seguras, como livros, artigos com embasamento? Ou ainda, caso fosse uma informação que salvasse a vida de alguém da sua família, você só iria escutar ou iria atrás de fontes confiáveis? Pois é, com certeza de fontes confiáveis. Acontece que essas fontes confiáveis vêm de estudos e etapas que normalmente são pré-estabelecidas e são cientificamente embasadas, que nós chamaremos de método científico! Imagine desenvolver uma solução para um problema global, como aconteceu recentemente com o desenvolvimento das vacinas contra a COVID-19(2020), como um exemplo recente e poderoso do método científico em ação. Cientistas observaram o comportamento do vírus, formularam hipóteses sobre como bloqueá-lo, realizaram experimentos e, em tempo recorde, mesmo com algumas falhas, foram capazes de criar vacinas que salvaram milhões de vidas. Aprender o método científico não é só sobre ciência, é sobre pensar de forma crítica, curiosa e criativa. Vamos lá. O método científico é basicamente, como vimos acima, a ferramenta essencial utilizada pelos cientistas para investigar fenômenos naturais, resolver novos problemas, formular hipóteses e validá-las com experimentos, além de criar teorias o científicas, ou ainda questionar conhecimentos previamente estabelecidos. Basicamente, o objetivo central do método científico é compreender e explicar fenômenos da natureza e do universo. Destaco ainda que esse método não é um procedimento rígido e fixo, como muita gente pensa; ao contrário, é uma sequência de etapas que pode variar dependendo da área de estudo e do tipo de problema investigado. Apesar da flexibilidade, o método clássico segue uma sequência de etapas organizadas que ajudam a organizar o raciocínio científico e a criar modelos que descrevam o comportamento dos fenômenos estudados. Vamos lá. Observação do fenômeno O ponto de partida do método científico é a observação de um fenômeno natural ou experimental que desperta curiosidade ou levanta uma questão, afinal, você tem que visualizar primeiro e pensar depois, certo? Lembre assim, rsrs. Aqui na observação, devem ser feitas análises críticas dos fatos, utilizando características qualitativas ou quantitativas. Por exemplo, podemos observar que algumas substâncias queimam mais rapidamente que outras e nos perguntar o motivo. Elaboração da hipótese Agora que você já viu o fenômeno, a ideia seria pensar no que aconteceu, ou seja, elaborar uma pergunta ou identificação de um problema a ser resolvido. No caso da combustão, uma hipótese poderia ser: “A combustão ocorre devido à combinação do combustível com o oxigênio presente no ar”. Essa hipótese deve ser clara e passível de ser testada. Testes da hipótese Bom, agora que você já viu, já pensou no que aconteceu, chegou a hora de “testar”. A ideia seria já pensar numa possível resposta a uma pergunta ou solução de um problema. Portanto, na sequência, deve ser feita a realização de experimentos ou observações controladas para testar a validade da hipótese. Por exemplo, no caso da combustão, seria necessário realizar a reação na presença de diferentes gases como oxigênio, nitrogênio ou gás carbônico, verificando em quais gases desses a combustão ocorre. Análise dos resultados(dedução) Praticamente, já estamos no final. Aqui, a ideia é formar uma previsão possível baseada na hipótese. Assim, agora a ideia é organizar os dados colhidos e analisar os dados obtidos nos experimentos de forma detalhada e assim determinar se confirmam ou discordam da hipótese inicial. Caso a hipótese seja negada, novas hipóteses devem ser formuladas e submetidas a testes adicionais. Generalização Por fim, quando os resultados de vários experimentos apontam consistentemente para a mesma conclusão levantada, agora sim é possível formular uma generalização que, em termos científicos, são chamadas de leis científicas. No exemplo da combustão, a generalização seria: “Para que haja combustão, é necessário a presença de oxigênio”. Proposição de teoria Portanto, essas explicações validadas por observações e experimentos tornam-se agora teorias científicas, que são conjuntos de ideias aceitos pela comunidade científica para explicar determinado fenômeno. Diferentemente das leis científicas, que descrevem fenômenos, as teorias explicam o “porquê” deles. HABILIDADE (EM13CNT101) Introdução Química Geral Figura 1.1 – Ilustração método científico. Fonte: REIS, Martha. Química Geral. Vol 1. São Paulo.Àtica., 2013. p. 98. 2 Muito além da sala de aula! 2.CONCEITO DE QUÍMICA De modo simples, química é o ramo da ciência que estuda: a matéria; as transformações da matéria; e a energia envolvida nessas transformações. 3.MATÉRIA Para começarmos, é importante entender que o objeto de estudo da química é a transformação da matéria ou simplesmente fenômeno, mas o que seria matéria? Assim, toda e qualquer alteração sofrida pela matéria, chamamos de transformação material. Uma sequência bem simples para entendermos seria: árvore (matéria); tronco da árvore (corpo); cadeira feita de madeira (objeto). Segue abaixo uma imagem para ilustrar melhor:é muito importante. A explicação é basicamente, as “substâncias normais” tem densidade do sólido ser muito maior que a do líquido, o que impede que a transformação ocorra. Em resumo, a densidade elevada do sólido não permite essa transição. Já no caso da água sólida, como veremos, a sua densidade do sólido é menor que a do líquido, o que permite que essa transformação aconteça. 18 Muito além da sala de aula! Diagrama de fases pt 2 Agora, vamos olhar o diagrama de fases em outra perspectiva e aprofundar o restante. Bora fazer juntos. o Curva número I (Sólido + gasoso): sistema bifásico. No exato toque dessa curva: recebe o nome de sublimação, pois toca o sólido e o gasoso. Nesse exato ponto, em cima da região de transição entre o sólido e o gasoso (número 1), está tocando tanto a área sólida quanto a área gasosa. Portanto, dizemos que, nesse ponto, há sólido + gasoso, certo? Assim, haverá dois estados físicos e duas fases. o Curva número II (Sólido + Líquido): sistema bifásico. No exato toque dessa curva: recebe o nome de fusão, pois toca o sólido e o líquido. Nesse exato ponto, em cima da região de transição entre o sólido e o líquido (número 2), está tocando tanto a área sólida quanto a área líquida. Portanto, dizemos que, nesse ponto, há sólido + líquido, certo? Assim, haverá dois estados físicos e duas fases. o Curva número III (Líquido + Gasoso): sistema bifásico. No exato toque dessa curva: recebe o nome de ebulição, pois toca o líquido e o gasoso. Nesse exato ponto, em cima da região de transição entre o líquido e o gasoso (número 3), está tocando tanto a área líquida quanto a área gasosa. Portanto, dizemos que, nesse ponto, há líquido + gasoso, certo? Assim, haverá dois estados físicos e duas fases. Ponto triplo Ponto triplo, como o nome sugere, compreende os três estados físicos da matéria, de forma simultânea, ou seja, um sistema trifásico. Dizemos aqui que elas estão em equilíbrio(depois aprofundaremos). Veja abaixo o ciclohexano no exato ponto triplo. Para a água, o ponto triplo ocorre a uma temperatura de aproximadamente 0,01°C (273,16 K) e uma pressão de 611,657 Pascal (aproximadamente 0,006 atmosferas). Não decore. Ponto crítico Ponto Crítico: é o ponto que, conforme o gráfico, indica que, acima dele, não há distinção entre as fases líquida e gasosa. Portanto, não é mais possível transformar o líquido em gasoso. Cada substância possui um ponto crítico. Acima desse ponto, a substância entra no estado que chamamos de fluido supercrítico e que jajá falaremos. Dizemos também que ocorre também a diferenciação entre o vapor e o gás, como podemos ver no gráfico. Podemos dizer também que é o ponto em que não conseguimos mais forçar a mudança de fase pelo aumento de pressão, como ocorre com líquido em vapor. Quando uma substância está acima da temperatura crítica, ela não pode ser transformada em líquido apenas com o aumento da pressão. Assim, se você visualizar o gráfico, perceberá que o gás não retornará ao estado líquido, independentemente de quão alta seja a pressão aplicada. Nessas condições, a substância é chamada de gás verdadeiro. De forma conclusiva, podemos dizer que para transformar o gás em líquido, isto é, liquefazer, com certeza será necessário mexer na temperatura. Por outro lado, quando a temperatura está abaixo da crítica e o aumento de pressão ainda permite a condensação, ela é classificada como um vapor. Separei as diferenças abaixo. Estado gasoso Basicamente, como vimos, ao falar de estado gasoso, ele compreende o vapor e o gás, nessa ordem, que, de maneira geral, são considerados sinônimos. Inclusive, alguns autores tratam condensação e liquefação como sinônimos, mas há diferenças. Veja abaixo as distinções entre vapor e gás. Vapor Conceitualmente, é a fase gasosa de uma substância que, como percebido no gráfico, está abaixo do ponto crítico. Normalmente, o vapor é o primeiro estado após o líquido e, por isso, é o estado presente durante a evaporação (VAPO = VAPOR, para ajudar na memorização). O vapor pode ser revertido para o estado líquido ou sólido apenas aumentando a pressão. Assim, visualizando no gráfico, podemos ver que consigo aumentar a pressão e transformar de vapor para líquido e os gases não. É a fase gasosa que coexiste em equilíbrio com o líquido e pode ser revertida facilmente com mudanças de pressão ou temperatura. Dizemos também que o vapor sofre condensação(junção dos átomos), enquanto o gás sofre liquefação, pois necessariamente precisa resfriar. Veja o gráfico. Também é possível realizar essa reversão apenas diminuindo a temperatura (resfriando). Figura 1.32 – Ponto triplo – Ciclohexano. Fonte: SCHET. 19 Muito além da sala de aula! Gás É um estado fluído da matéria (jajá veremos). Chamamos de gás ao estado em que as moléculas estão muito afastadas, isto é, no limite máximo de separação (veja o gráfico), e não estão em equilíbrio com o líquido ou sólido. Aqui, não há líquido presente. Como vimos no gráfico de diagrama de fases, o gás está acima do ponto crítico, o que significa que, para transformar completamente a água em gás, é necessário alcançar condições extremas (temperaturas e pressões altas) acima do ponto crítico. O gás só poderá voltar a ser líquido se, obrigatoriamente, resfriar e, depois, aumentar a pressão. Assim, aumentando-se apenas a pressão, sem resfriar, não conseguimos transformar o gás em líquido. Visualize no gráfico do ponto A(Pag 17). Pra você ter uma ideia, o ponto crítico da água é 374 0C, ou seja, se pra ser gás tem que ser acima dessa temperatura, a água praticamente nunca será gás, exceto em casos raros. Um conceito mais aprofundado seria afirmar que os gases estão acima da temperatura crítica, que, como o nome sugere, é a temperatura acima da qual é impossível mudar do estado gasoso para líquido apenas pelo aumento de pressão. Assim, há a única forma de promover a mudança de estado é diminuir a temperatura que é a diferença principal deles. Para entrarmos em fluido supercrítico, precisamos resgatar o conceito de fluidos, que, basicamente, são estados que podem escorrer ou fluir. Assim, eles se adaptam à forma do recipiente em que estão contidos. Podem ser líquido ou gás, visto que, se você olhar o gráfico, verá que, ao aumentar a pressão, é possível transformar o gás em fluido supercrítico, ou até mesmo aumentando-se a temperatura. O líquido só consegue virar fluido supercrítico ao aumentar tanto a temperatura quanto a pressão acima de seus valores críticos. Assim, o ponto crítico nos mostrou que, acima dele, as substâncias entram em estado de fluido supercrítico. Agora vamos aprofundar esse fluido supercrítico. Fluido supercrítico É um estado especial, chamado de híbrido, ou seja, misturado, que, como podemos ver no gráfico, ocorre em um caso especial que surge em altas temperaturas e pressões, após o ponto crítico. Vale destacar que, ao chegar nesse estado híbrido, as características do estado gasoso e líquido se aproximam, combinando propriedades de ambos. Assim, o fluido supercrítico tem propriedades intermediária aos dois. Na prática, temos como exemplo a difusividade, que é semelhante a de um gás, e a densidade, que é semelhante a de um líquido. Veja abaixo. o Difusividade: é a capacidade de se misturar com facilidade, semelhante à de um gás. Imagine o cheiro de um perfume: quando vocêabre o frasco, o cheiro logo se espalha pela sala. Isso acontece porque o gás se espalha (ou difunde) muito rapidamente. o Densidade: semelhante à de um líquido. Na prática, ele é mais denso que um gás e tem características de líquido. Entende quão especial isso é? Imagine uma garrafa de água: se você colocar uma colher de açúcar, ele se dissolve bem porque o líquido é "pesado" e consegue "segurar" as moléculas. A ideia seria essa. Um exemplo de fluido supercrítico é o CO₂ supercrítico, usado em extrações industriais. Tipos de calor Agora que já estudamos que existe a necessidade, na maioria das vezes, de absorver ou liberar calor para mudar o estado físico, vamos entender os tipos de calores que existem. Sensível Ocorre variação de temperatura, em que: Q = m.c.ΔT Q = calor(cal). m = massa(g). c = calor específico(cal/g.oC). ΔT = variação de temperatura(oC). Aqui se justifica o motivo de 10 kg (10 L) de água demorarem mais a aquecer do que 10 g (10 mL) de água. Basicamente, pela expressão, entendemos que, como há mais massa, será necessário uma quantidade maior de calor para aquecer essa massa.. Perceba que isso não muda o PE (ponto de ebulição). Latente Ocorre com a temperatura que fica constante. Q = m.L Q = calor(cal); m = massa(g); L = calor latente(cal/g). Veja o gráfico abaixo em que demonstramos os calores sensíveis e latente. É interessante frisarmos que o calor latente de fusão da água é 80 cal/g. Esse valor representa a quantidade de energia necessária para transformar gelo em água líquida a 0°C, sem mudança de temperatura. Quanto seria o de calor latente de solidificação? O mesmo, só que com sinal negativo. Perceba que é a mesma ideia que estudamos anteriormente: PF = PL, em que ambos são iguais, mudando- se apenas o sinal. Bom, o calor latente de vaporização da água é de aproximadamente 540 cal/g. Esse valor é a quantidade de energia necessária para converter água líquida em vapor a 100°C, sem aumento de temperatura. E quanto seria o calor latente de condensação da água? Seria o mesmo: 540 cal, mas com sinal negativo, percebe que tudo se encaixa? Veja o gráfico acima que a gente junta tudo. Detalhe ainda que o calor específico da água é altíssimo, e muita gente considera como um valor baixo, mas não é (jajá iremos ver isso)! 20 Muito além da sala de aula! Tipos de transferência de calor Já que estamos falando de transferência de calor, vamos revisar os três tipos que existem? o Condução: Basicamente, é transferir energia de molécula para molécula, ocorrendo entre sólidos, onde o calor se propaga pelo contato direto entre partículas. Um exemplo prático é segurar uma colher de metal em uma panela quente; o calor da panela se transfere pelo metal até o cabo, aquecendo-o. Lembre-se de que, pela lei da termodinâmica, o calor é transferido sempre de maior temperatura para o de menor temperatura. o Convecção: Basicamente, é causado pelo deslocamento de matéria devido à diferença de temperatura, que gera diferença de densidade. Ocorre em líquidos e gases, onde o calor é transferido pelo movimento de massas de fluido. Um exemplo é aquecer água em uma panela: a água quente sobe, enquanto a mais fria desce pela diferença de densidade, assim criam-se correntes de convecção que distribuem o calor. o Irradiação (ou Radiação): Como o nome sugere, é transmitir calor por radiação. Estamos falando de ondas do tipo eletromagnética, que são ondas que se propagam tanto em meio material quanto no vácuo, por exemplo, a luz. Assim, o calor se propaga por ondas eletromagnéticas (infravermelho), sem precisar de um meio material. Um exemplo é sentir o calor do Sol no rosto; o calor viaja pelo espaço em forma de radiação e aquece a pele ao chegar na Terra. Gás de cozinha, mas é líquido? O gás de cozinha, ou GLP (gás liquefeito de petróleo), é composto por butano (C₄H₁₀) e propano (C₃H₈). Sim, eles são armazenados em botijões, estando no estado líquido, ocorrendo sob alta pressão, que os liquefaz. Esse gás é mantido no estado líquido dentro do botijão (sob pressão) e só muda para o estado gasoso quando vamos utilizá-lo, quando a válvula do botijão se abre e a pressão diminui. Assim, como é um gás, também é necessário resfriar durante o armazenamento. Vimos no diagrama. Isso acontece porque o aumento da pressão, faz com que as moléculas do gás fiquem "espremidas", ficando mais próximas umas das outras, que basicamente traduz o estado gasoso indo para o líquido. Por curiosidade, quando você abre o registro, é o gás (na parte de cima) que sai primeiro e vai para o fogão. Nesse momento, estamos diminuindo a pressão, transformando-o em gás (fazendo o processo inverso ao que foi feito anteriormente). Assim, o gás, por ter uma densidade menor do que o líquido, sobe e ocupa o espaço liberado dentro do botijão. Esse é um exemplo prático de ebulição induzida por redução de pressão. Moisa, mas por que é líquido? Três motivos principais. o Economia de espaço: No estado líquido, o gás ocupa muito menos espaço do que no estado gasoso. Assim, podemos armazenar uma grande quantidade de gás em um botijão pequeno. o Facilidade de transporte: Se o gás fosse mantido no estado gasoso, seria necessário um recipiente muito maior e menos prático para o uso diário. o Segurança: O estado líquido é mais estável, reduzindo o risco de vazamentos perigosos. Quando o gás sai do botijão, ele se expande rapidamente e volta ao estado gasoso para ser usado no fogão. Iremos ver isso em gases. É importante saber que, por ser inodoro e asfixiante, adiciona-se metilmercaptano (CH₃SH), um composto sulfurado com odor forte, para detectar vazamentos. O GLP é inflamável, tornando essencial o controle rigoroso em seu manuseio. Vale destacar que, embora não seja venenoso de imediato, em excesso ele pode causar asfixia, além de ser um combustível de alta reatividade (reage fácil – queima fácil). Vale anotar que, como falamos anteriormente, o enxofre em química está associado a odor fétido. Fazendo um paralelo, isso é mais comum do que você imagina. Adivinhe por que o ovo fede quando estraga? Qual elemento está presente? Pois é, as proteínas do ovo se decompõem, liberando compostos sulfurados, como sulfeto de hidrogênio (H₂S), que possuem o odor característico de "ovo podre". Figura 1.33 - Tipos de transferência de calor. Fonte: CENAPET. F ig ur a 1. 34 - C ur io si da de s so br e o gá s de c oz in ha . F on te : R E IS , M ar th a. Q uí m ic a G er al . S ão P au lo . Você é especial! Já deu certo! 21 Muito além da sala de aula! ] Comportamento anômalo da água Perceba na imagem acima e pergunte-se: como pode um líquido com a temperatura maior apresentar contração de volume? É o que acontece de 0 °C até 4 °C para a ÁGUA! Vamos entender o motivo e as explicações. Bom, dizemos que ela tem um comportamento anômalo, pois, como vimos, quando aumentamos a temperatura dos corpos, o normal é que os corpos dilatem, mas a água não. Para a água, de 0 °C até 4 °C, ela contrai. O mesmo ocorre se resfriarmos de 4 °C até 0 °C. Vamos conversar sobre a diminuição da temperatura. Veja, a explicação é basicamente devido às ligações de hidrogênio, que vencem o grau de agitação das moléculas (ou seja, a temperatura) na faixa de 0 °C até 4 °C, fazendo com que ela não dilate, mas sim contraia. Ocorre também, quando a água é congelada,criam-se espaços hexagonais vazios que antes não existiam, e assim, o volume aumenta e logo densidade diminui. Veja o espaço. Conclusão: olhando no gráfico, a densidade máxima da água ocorre a 4 °C e o volume é o menor possível nessa temperatura. Agora, vamos olhar para a temperatura de 0 °C. Sabemos que a água congela a 0 °C (o ponto de fusão da água é 0 °C — lembre-se). Observando o gráfico, nessa temperatura, a água apresenta o maior volume possível, ou seja, a menor densidade possível. É por isso que, no estado sólido, a água é menos densa do que no estado líquido. Sim, você já sabe disso. É por essa razão que o gelo flutua no copo com água líquida. Você já deve ter observado isso quando vai almoçar. Assim, em números, a densidade da água sólida é 0,92 g/cm³ e da líquida é 1 g/cm³, fazendo, então, o gelo flutuar na água. Conforme pode ser visto na imagem a seguir, o iceberg é água sólida que fica acima da água líquida por essa razão. Veja na próxima coluna. Ainda, é por isso que você quando coloca alguma bebida no congelador e ela estoura, pois, ao resfriarmos vamos congelar a água e ela dilata, causando esas situação de ruptura do recipiente, visto que não aguenta a expnsão da água. Veja: Importante ainda salientar que um dos motivos para a água sólida se tornar um isolante térmico é devido a esses espaços vazios, que permitem a entrada de ar atmosférico, que é covalente (depois explico) e, assim, também um isolante. Como conclusão, o gelo funciona como isolante térmico. Em números, o gelo é um isolante térmico porque o seu calor específico (2,03.J/g.°C) é menor que o da água (4,18.J/g.°C). É por isso que os esquimós usam o gelo na construção de iglus, para se protegerem. Veja abaixo. Do ponto de vista ambiental, é isto que permite a existência de vida dentro da água em lugares extremamente gelados, como o Polo Norte. A camada mais acima da água de lagos, mares e rios se resfria devido ao ar gelado, aumentando sua massa e a densidade, tornando-se mais pesada. Então, ocorre um processo de convecção, que é a propagação de calor pela diferença de temperatura, até que toda a água atinja uma temperatura igual a 4 °C. Após isso, como vimos, o congelamento ocorre no sentido da superfície para o fundo, pois nessa temperatura a densidade é máxima, assim vai para o fundo. Agora, o calor que chegará será formado sempre na superfície, pois de 4 °C até 0 °C, como vimos, a densidade irá diminuir, assim, sempre uma camada de gelo menos densa ficará na superfície. E como é gelo, cria-se, portanto, um isolante térmico natural que faz com que a água abaixo dela permaneça na fase líquida. Isso salva a vida animal e vegetal dos lagos e mares. A camada de gelo sobre o lago forma um isolante térmico que salva a vida dos animais abaixo dela. Veja abaixo. Figura 1.35 - Estado físico da água e sua anomalia. Fonte: REIS, Martha. Química Geral. São Paulo. Figura 1.36 - Estado físico da água e sua anomalia. Fonte: REIS, Martha. Química Geral. São Paulo. Figura 1.37 - Ice-Berg – Anomalia da água. Fonte: REVISTA DIGITAL. Figura 1.38 - Por que a cerveja congela se pegarmos no meio da garrafa? Fonte: ISTOÉ. Figura 1.39 - Esquimós – Isolante térmico - Gelo. Fonte: REIS, Martha. Química Geral. São Paulo. Figura 40 – Ilustração método científico. Fonte: REIS, Martha. Química Geral. Vol 1. São Paulo.Àtica., 2013. p. 23. 22 Muito além da sala de aula! Diagrama de fases da água Acabamos de entender o comportamento anômalo da água, certo? Então, agora podemos ver o diagrama de fases da água. Na página 17, nós vimos o diagrama de fases para substâncias de maneira geral (queria até que você fosse lá olhar antes da continuação da leitura). Para a água o diagrama de fases é diferente, pois ela tem um comportamento anômalo quando no estado sólido, como já conversamos. Compare essa região circulada do gráfico da curva de fusão com o da página 17. Perceba que, nessa região que circulei de vermelho no diagrama da água, a linha é mais inclinada. Ou seja, na água, de forma excepcional no estado sólido, conseguimos aumentar a pressão e transformá-la em líquido, sem mexer na temperatura, realizando a fusão à temperatura constante. Representei isso na seta, veja no gráfico. É o que ocorre quando você anda de patins. Lembre-se de que pressão é força sobre área, assim, à medida que você anda de patins, aumenta a pressão sobre a água, transformando-a em líquido. Do mesmo jeito, quando você tira os pés do gelo, você irá diminuir a pressão, fazendo o inverso, transformando o líquido em sólido com a diminuição da pressão e à temperatura constante, assim, fazendo solidificação a temperatura constante. Pressão – Papo adulto Vimos até aqui que com certeza a pressão influencia no estado físico e agora vamos entender mais o motivo. A pressão atmosférica é calculada como sendo P =F/área em que Torricelli, em em 1643, usou um tubo de vidro cheio de mercúrio. Basicamente, observou que o mercúrio dentro do tubo descia até formar uma coluna de 76 cm de altura, deixando um vácuo no topo do tubo. Essa coluna representava o "peso" da atmosfera e levou à criação da unidade de mmHg (milímetros de mercúrio) para medir pressão. Esse experimento foi o primeiro a demonstrar que o ar tem peso e exerce pressão e por isso estamos comentando aqui. Portanto, basicamente, pressão atmosférica é a força que o ar faz sobretudo à nossa volta. Anote isso. No nível do mar (0 m), como vimos anteriormente, essa pressão é de 1 atm ou 101.325 Pa (unidade do SI). Para termos ideia, isso é como ter o peso de um monte de ar “apertando” cada metro quadrado com a força de 101.325 newtons – mais ou menos como o peso de 10.000 kg de ar em cima de cada metro quadrado, colocando a gente pra baixo. Então, sim, pressão podemos subentender como uma força de gás colocando a gente para baixo, certo? Se você perceber na imagem acima, a pressão atmosférica surge lá de cima. Então, à medida que descemos, temos mais coluna de ar, e mais pressão estamos sendo submetidos. Quando subimos para lugares altos, como montanhas, a pressão diminui porque tem menos ar acima da gente, empurrando menos. Isso faz diferença no nosso corpo: com menos pressão, temos menos moléculas gasosas, e nossa respiração fica mais difícil, o que chamaremos de ar rarefeito. Assim, resumindo até agora: “Menor a altitude, maior a pressão, mais gases e maior a temperatura”. Figura 1.42 - Pressão x Torricelli – Comparação com a Terra. Fonte: CONDUZ. Figura 1.41 - Competição de patinação artística em Guildford cancelada. Fonte: EVENING STANDARD. Figura 1.43 - Pressão atmosférica comparação cidades diferentes. Fonte: REVIGRO. 23 Muito além da sala de aula! Ponto de Ebulição – Papo adulto Bom, vimos agora a pressão atmosférica e deduzimos que, basicamente, ela é a força do ar oposta que impede o líquido de subir (entrar em ebulição). É como se houvesse a força que o líquido faz para subir, mas, paralelamente, existe uma força contrária, que é a pressão atmosférica, impedindo essa subida. Assim, surge um novo conceito que é o de P.M.V, que é a pressão máxima de vapor ou pressão de vapor, que basicamente é a pressão MÁXIMA que o vapor de um líquido exerce em equilíbrio com sua fase líquida a uma dada temperatura. Volte e veja a figura lá em cima. Logo, dizemos que o ponto de ebulição é a temperaturaem que a pressão de vapor (gasoso) de um líquido se iguala à pressão atmosférica ou pressão aplicada. Nesse ponto, bolhas de vapor se formam no interior do líquido, marcando uma transição completa e é onde ocorre a ebulição propriamente dita. Bom, a partir desse momento, o líquido está em ebulição, pois o que acontecer daí em diante, o líquido virará gasoso. Quando o líquido e o vapor estão em equilíbrio, as taxas de evaporação e condensação se igualam, mantendo a quantidade de vapor constante, dizemos que está em ebulição. Nesse momento, damos o nome de equilíbrio, visto que as concentrações de gás e líquido estão constantes. Em uma leitura simples, seria dizer que para cada líquido que vire gás, o gás vira líquido. Veja acima que o recipiente está fechado. Portanto, basicamente, de agora em diante ele começa a ferver, passando do estado líquido para o gasoso. Perceba na imagem abaixo que não adianta mais aumentar a temperatura, pois ali ele já está se transformando em gasoso. Bacana de se visualizar. Isso explica o ponto de ebulição e como varia em diferentes substâncias, além de mostrar que, à medida que mudamos a pressão, mudamos o ponto de ebulição, pois o ponto de ebulição está relacionado à pressão exercida pelos gases contra o líquido. Melhor entender do que decorar. Concluímos também que, em situações que aumentam a pressão, como em baixas altitudes ou em uma panela de pressão, o entendimento é o mesmo. Nessas condições, a pressão atmosférica é maior, dificultando que o líquido vença a resistência imposta pela pressão atmosférica e atinja a pressão máxima de vapor. Como consequência, o ponto de ebulição (PE) também aumenta. Faz sentido? Para você ter noção, a água em uma panela de pressão pode atingir um PE de aproximadamente 120 °C, dependendo da pressão. Leituras importantes a partir disso 1. Dizemos também que, quanto maior a força de atração entre as moléculas, maior será o ponto de ebulição, pois as moléculas estão mais “presas” umas às outras, dificultando a vaporização. Em resumo, quanto maior for a atração, maior será a dificuldade, logo, maior o PE. 2. A volatilidade está relacionada à facilidade com que um líquido se transforma em vapor (gás). Perceba que é o oposto ao que estudamos agora. Substâncias com baixo ponto de ebulição são mais voláteis, pois evaporam facilmente. Assim, o álcool (perfume) é uma substância volátil, pois rapidamente sentimos o cheiro do estado gasoso. Resumindo tudo até agora Relacione pressão máxima de vapor como sinônimo de volatilidade (em sua essência). Isto é, quanto maior a atração entre os átomos/íons, maior será a dificuldade para se afastar e vencer a atmosfera, assim, maior o PE, menos volátil e menor a P.M.V. Surreal, né? Tem que levar isso de agora em diante. Veja na vida real - Gráfico Se você perceber, estamos analisando um gráfico de pressão de vapor em função da temperatura, certo? Podemos observar que, para uma mesma pressão, o éter atinge essa pressão máxima em uma temperatura menor do que o álcool e a água. Em resumo, isso significa que o éter atinge o ponto de ebulição em uma temperatura inferior aos demais. Mas por que isso acontece? Devido à atração, e chamaremos isso de forças intermoleculares (mais na frente estudaremos). Para agora, o que nos interessa são os conceitos. Ordem de Volatilidade e PE do gráfico o A ordem de volatilidade e pressão máxima de vapor (do mais volátil para o menos volátil) é: o Éter > Álcool > Água. o Consequentemente, a ordem de ponto de ebulição (do mais baixo para o mais alto) é: o Éterbem maior, cozinhando o alimento mais rápido. Na prática, aqui, ela chega a mais ou menos 1,44 atm, e a água líquida pode atingir 120 °C. Tem noção? Ou seja, ele cozinhará mais rápido na água líquida a 120 °C que a 100 0C. Vamos aprofundar um pouco o porquê disso acontecer? Veja que, ao fecharmos a panela, ela já contém uma quantidade de ar com a pressão atmosférica normal. Ao fecharmos, somam-se a quantidade de ar previamente existente com o gás gerado pelo líquido dentro da panela quando aquecemos. Ou seja, mais gás, mais pressão. E por que a pressão aumenta? Porque há uma borracha que veda a panela. Ao aquecermos, os vapores de água vão aumentando, e seu escape fica impedido e dessa forma, a pressão do ar aprisionado se soma com a dos vapores, fazendo com que a pressão interna se torne ainda maior. Com uma alta pressão, como vimos, o líquido demora mais para entrar em ebulição e cozinha mais rapidamente os alimentos. Veja a imagem abaixo: Em resumo, o funcionamento da panela de pressão é um exemplo prático da relação entre pressão de vapor, volatilidade e ponto de ebulição. Moisa, e se a panela de pressão estivesse no Monte Everest, a 8.800 m acima do nível do mar? A pressão dentro da panela de pressão depende da quantidade de ar previamente presente nela, ou seja, da pressão atmosférica externa. Se você abrir a panela lá em cima, esse ar vai contar, entende? Assim, em qualquer situação aqui embaixo, ao nível do mar, seja com uma panela comum ou uma panela de pressão, a pressão será maior, e o cozimento será mais rápido, pois a pressão é sempre maior. Moisa, mas ela não é fechada? Sim, mas não é 100% vedada, e previamente contém o gás da atmosfera. Então, a pressão externa influencia, embora menos, mas ainda assim influencia. Mesmo a pressão interna da panela de pressão ser dominante. Se, em situação hipotética, for considerado que foi fechada, vedada, apenas com a interferência da panela de pressão, nesse caso, sim, seriam iguais. Vale ainda salientar que as panelas de pressão possuem uma válvula de segurança que libera o vapor quando ele atinge determinada pressão, evitando que a panela exploda. Líquido entrou em ebulição e agora? Se começar a notar a formação de gases, não é necessário aumentar ainda mais a temperatura, pois isso apenas desperdiçaria gás. Uma vez que a substância atinge seu ponto de ebulição, como vimos, a temperatura permanece constante durante todo o processo de mudança de fase. Isso é válido para substâncias puras como a água e jajá iremos entender melhor. Em resumo, ao entrar em ebulição, a substância não aquece mais, pois a energia adicional é usada apenas para transformar o líquido em vapor. Portanto, aumentar a temperatura além desse ponto é inútil. Isso não acelera a ebulição e nem tampouco vai cozinhar mais rápido. Afinal, quem cozinha é o líquido. Doping natural x pressão Quando mudamos a altitude, também podemos fazer a relação com DOPING NATURAL. Basicamente, atletas do Quênia, cuja altitude é 5,2 mil metros acima do nível do mar, vivem sob pressão baixa, fazendo com que, resumidamente, tenha menos oxigênio disponível e, assim, como tentativa adaptativa, a medula óssea vermelha estimula a produção de hemácias (4 meses) e, consequentemente, hemoglobina, para tentar compensar esse déficit. Todavia, quando esses atletas vêm ao Brasil, por exemplo, com a altitude bem mais baixa, eles têm a favor o fato de ter mais hemácia, mais hemoglobina e, agora, no nosso país, têm a favor a alta pressão. Assim, o ar tem mais facilidade para entrar. Dessa maneira, eles têm mais hemoglobina e ainda o ar a seu favor, e isso é chamado de doping natural. Alguns atletas de futebol e outras profissões também fazem isso para aumentar seu rendimento. Assim, é um dos motivos pelos quais eles são sempre os que ganham. Figura 1.48 - Uso e segurança da panela de pressão. Fonte: COZINHA DA SI. Figura 1.50 - Atletas Quenianos x São Silvestre. Fonte: TERRA. Figura 1.49 - Ponto de ebulição da água. Fonte: BERMO. 26 Muito além da sala de aula! Tragédia em submersível 2023 Falando em pressão e fazendo uma aplicação no cotidiano que ocorreu em junho de 2023. Infelizmente, no ano de 2023, houve uma implosão em um submersível que visitava o Titanic, resultando na tragédia de 5 pessoas. Para fazer uma interdisciplinaridade, a pressão lá embaixo foi tão grande que, a aproximadamente 4.000 m de profundidade, estima-se que a força sobre o submersível fosse equivalente a cerca de 4.000 carros populares empilhados sobre ele. Surreal, não é? Vamos ver isso em números. Temos também que, de acordo com o Teorema de Stevin, que diz, resumidamente: à medida que vamos cada vez mais fundo, a pressão aumenta. É calculada por P = d.g.h, onde: p = pressão(N/m2); d = densidade(Kg/m3); h = altura(m). Substituindo pelos valores reais, temos uma noção maior da pressão exercida por eles P = 40.000.000 N/m2. Ou seja, uma pressão surreal, que culminou na tragédia. Essa pressão equivale a vários carros em cima deles. Tragédia total. Abaixo, coloco um trecho da reportagem para ilustrar. Pegadinha abaixo do nível do mar Podemos relacionar e dizer que, a cada 10 m abaixo do nível do mar, a gente aumenta 1 atm, certo? Mas atenção: se você estiver a exatamente 10 metros de profundidade, estará sob a pressão de 2 atm. Isso acontece porque, ao nível do mar (0 metros), já temos 1 atm de pressão atmosférica. Ao descer 10 metros na água, ganhamos mais 1 atm pela coluna de água acima. Assim, a pressão total a 10 metros é 2 atm (1 atm do ar + 1 atm da água). Lembre-se de que a pressão ao nível do mar sempre conta como 1 atm inicial! Ar rarefeito – Falta de ar? Muito comum encontrarmos “ar rarefeito ou ar leve” em altitudes elevadas, mas você realmente sabe o que isso significa? Apesar de já termos discutido, vou te mostrar outra visão. Bom, o ar rarefeito acontece realmente em lugares altos, como montanhas, onde como sabemos a pressão atmosférica é menor. Pense comigo: vimos que a pressão atmosférica surge lá de cima e, se estamos lá em cima, a pressão é menor, certo? Visto que como nome sugere, ela é causada pelo peso do ar da atmosfera sobre a superfície terrestre. Assim, se a pressão é menor, empurrará menos gases, portanto, os gases estarão em menor quantidade. Moisa, quer dizer que, em uma mesma quantidade de espaço, existem menos moléculas de ar do que em locais mais baixos? Sim. Pense no ar como uma grande quantidade de bolinhas de gás espalhadas. Em altitudes altas, essas bolinhas estão mais distantes umas das outras porque a pressão é menor, e isso faz com que tenha menos ar “empurrando” para baixo. Outro jeito de ver isso: em locais baixos, como no nível do mar, o ar está mais “comprimido”, com mais moléculas em um mesmo espaço, porque a coluna de ar acima é mais pesada, empurrando a pressão para baixo, assim, as moléculas estarão mais juntas. Já em lugares altos, essa coluna de ar é menor, então o ar fica menos denso, ou seja, com menos moléculas por volume. Mesmo que a composição do ar (quanto de oxigênio, nitrogênio) seja a mesma, a quantidade total de moléculas é menor em altitudes elevadas. É por isso que, em altitudes altas, sentimos o ar “mais fino” e podemos ter mais dificuldade para respirar. Então, resumindo: ar rarefeito = menos ar, menor quantidade de moléculas de gás no ar, menor densidade do ar, mais dificuldade para respirar. Certo? Chamamos, inclusive, esse ar lá em cimade ar leve e o ar a nível do mar de ar pesado. Figura 1.53 - Relação entre altitude, ar rarefeito e menos moléculas de oxigênio. Fonte: CONHECIMENTO CIENTÍFICO. Figura 1.54 - Futebol e as consequências da altitude. Fonte: CIENTÍFICO JORNALISMO. Figura 1.52 - Pressão atmosférica comparação cidades diferentes. Fonte: REVIGRO. Figura 1.51 - Alerta sobre a segurança do Titan. Fonte: CNN BRASIL. 27 Muito além da sala de aula! Ar Rarefeito x Resistência Ar Aplicando o conceito que aprendemos agora ao da resistência do ar, já podemos relacionar tranquilamente com a resistência do ar, visto que, se há menos ar, obviamente haverá menos resistência comparado a lugares com altitude menor. Por exemplo, se chutarmos uma bola de futebol americano, com certeza, lá em cima, ela iria mais longe do que aqui embaixo. Ou seja, ao chutar a bola, ela enfrenta menos atrito devido à menor quantidade de partículas de ar. Com menor resistência, a bola percorre uma distância maior do que em regiões de menor altitude, onde o ar é mais denso. Apesar de estarmos no início do curso, podemos relacionar com a equação dos gases que diz a quantidade de gás (PV=nRT) relacionando pressão, volume e temperatura. Assim, menor pressão, menos moléculas (n), maior volume, e podemos dizer também que menor densidade, pois pressão e volume são inversamente proporcionais. Tudo explicaremos de forma mais profunda mais à frente. Como conclusão, a densidade do ar afeta a dinâmica de movimento, influenciando diretamente a resistência e o alcance. Altitude x temperatura A temperatura diminui conforme subimos na atmosfera porque, como vimos agora, o ar é mais rarefeito, assim há menos moléculas para reter calor. Na superfície da Terra, a radiação solar aquece o solo, que, por sua vez, aquece o ar próximo, assim os gases próximos. Dessa forma, como aqui embaixo tem mais gás, praticamente ficamos expostos a mais calor por mais tempo, assim a temperatura aumenta. À medida que subimos, a densidade do ar diminui e há menos partículas para absorver e manter o calor, resultando em temperaturas mais baixas. Além disso, o calor se dissipa mais rapidamente em altitudes elevadas, pois a pressão atmosférica é menor, o que permite que o ar se expanda e perca energia térmica. É por isso que regiões montanhosas e áreas em grandes altitudes têm temperaturas mais frias, independentemente da exposição ao Sol. Moisa, sempre é frio em altas altitudes? Na atmosfera, essa regra de que “quanto mais alto, mais frio” não é sempre verdadeira. A atmosfera é dividida em camadas, e cada uma tem uma característica de temperatura diferente. Na troposfera (a camada mais próxima da Terra), a temperatura realmente cai com a altitude. No entanto, na próxima camada, chamada de estratosfera, a temperatura começa a aumentar com a altura. Isso acontece porque, na estratosfera, há uma alta concentração de ozônio (O₃), que vamos estudar e iremos ver que ele é responsável por filtrar a radiação do Sol (R.U.V), ou seja, absorve a radiação ultravioleta do Sol e assim, aquece essa camada. É por isso que a estratosfera é mais quente que o topo da troposfera. Mais acima, na mesosfera, a temperatura volta a cair. Porém, de maneira geral, daqui vamos levar que, quanto maior a altitude, mais frio. Veja a imagem abaixo em que observamos isso. Figura 1.56 - A estratosfera e suas camadas em relação à temperatur Fonte: TODA MATÉRIA Figura 1.55 - Futebol e as consequências da altitude. Fonte: CIENTÍFICO JORNALISMO. Figura 1.57 - A estratosfera e suas camadas em relação à temperatura. Fonte: TODA MATÉRIA 28 Muito além da sala de aula! .(PUC MG) Numere a segunda coluna de acordo com a primeira. 1.Sublimação 2.Condensação 3.Fusão 4.Dissolução ( )Misturar um soluto em um solvente. ( )Passar do estado sólido para o estado líquido. ( )Passar do estado gasoso para o estado líquido. ( )Passar do estado sólido para o estado gasoso. Assinale a sequência CORRETA encontrada. 4 – 3 – 2 – 1. 4 – 3 – 1 – 2. 3 – 1 – 2 – 4. 3 – 1 – 4 – 2. 4– 1 – 3 – 2. .(PROVÃO PAULISTA) O iodo elementar, I2, é sólido em temperatura ambiente e apresenta cor violeta escuro. Ao ser aquecido, forma vapores de coloração violácea. Quando entram em contato com uma superfície fria, os vapores de iodo se transformam em iodo sólido. A transformação que ocorre com o iodo em decorrência da troca de calor é denominada sublimação. fusão. liquefação. dissolução. gaseificação. .(EAM) O derretimento de um pedaço de ferro seria um exemplo de um fenômeno denominado: solidificação. fusão. vaporização. sublimação. condensação. .(G1 - CPS) O colesterol é um importante constituinte das membranas celulares, porém quando temos alta concentração de colesterol no sangue, ele se deposita nas artérias, obstruindo-as, fato denominado arteriosclerose. Pesquisas demonstram que apenas atividades físicas não diminuem a concentração de LDL (mau colesterol), é necessária uma alimentação balanceada, mas, após um período da prática de atividades físicas, observa-se a elevação da concentração de HDL (bom colesterol), o que diminui o risco de infarto. Portanto a prática de atividades físicas precisa ser constante para manter o equilíbrio entre LDL e HDL. Dadas a estrutura e a fórmula da molécula de colesterol, assinale a alternativa correta. o colesterol tem 74 elementos químicos. o elemento representado pela letra C é o cálcio. o composto apresenta três átomos por molécula. a molécula de colesterol apresenta três elementos químicos. a molécula de colesterol é uma mistura de 96 elementos químicos. .(UEA AM) O ingrediente comum a todos os produtos cerâmicos, entre eles as escamas e as telhas da cúpula do teatro, é a argila, que tem a caulinita (Al2O3.2SiO2.2H2O) como principal componente. O número de elementos químicos presentes na estrutura da caulinita é 5. 17. 3. 4. 11. 93% 90% 89% 88% 74% Rumo aos seus sonhos sempre! 29 Muito além da sala de aula! .(G1 - CFTMG) A água é encontrada na natureza em vários estados físicos e a sequência de transformações sofridas pela mesma é denominada ciclo da água. A figura seguinte representa duas etapas desse ciclo. As etapas do ciclo da água, representadas na figura pelas setas, são chamadas de calefação e liquefação. ebulição e liquefação. vaporização e sublimação. evaporação e condensação. solidificação e fusão. .(FM PETRóPOLIS RJ) Durante o processo de evaporação da água, ocorre a diminuição da temperatura do ar, embora isso não seja suficiente para restaurar a temperatura atmosférica superaquecida. A evaporação da água promove isso, pois o calor latente de fusão promove a mudança para a fase líquida, numa reação exotérmica. vaporização promove a mudança para a fase sólida, numa reação exotérmica. solidificação promove a mudança para a fase sólida, numa reação endotérmica. ebulição promove a mudança para a fase gasosa, numa reação endotérmica. liquefação promove a mudança para a fase gasosa, numa reação exotérmica. .(FAMERP) Durante o ciclo hidrológico ocorrem diversas mudanças de estado físico da água. Um exemplo de mudança de estado denominada sublimação ocorre quando vapor de água em elevadas altitudes transforma-se em neve. gotículas de água transformam-se em cristais de gelo no interior das nuvens. gotículas de água presentes nas nuvenstransformam-se em gotas de chuva. vapor de água em baixas altitudes transforma-se em neblina. vapor de água em baixas altitudes transforma-se em orvalho. .(UEPG PR) Quanto aos estados físicos, assinale o que for correto. a fusão é um processo que ocorre com rompimento de ligações e formação de átomos livres, elétrons e íons, numa distribuição neutra de cargas. o ponto de ebulição de uma substância pura varia de acordo com a pressão atmosférica. a passagem de uma substância do estado gasoso para o estado líquido não pode ocorrer sem variação de temperatura. a vaporização é um processo que não ocorre à temperatura ambiente, embora se intensifique em temperaturas mais altas. o ponto de ebulição da água é 1000C em qualquer lugar do Brasil. .(PROF. MOISÉS MEDEIROS) A cada 10 m de profundidade de água, aumenta-se, aproximadamente, 1 atm. Após mergulhar em um lago com 20 metros de profundidade, um mergulhador estará sujeito a uma pressão, em mmHg, igual a: 840 mmHg. 760 mmHg. 1520 mmHg. 2280 mmHg. 3040 mmHg. .(IFSC) Principalmente no setor industrial, as mudanças de fase das substâncias são fenômenos muito comuns. Elas vão desde a água fervente em uma caldeira, até o ferro derretido que é jogado em moldes para virar uma peça, quando esfriar. Com base nas mudanças de fase, analise as afirmações abaixo. I.Calefação é o nome dado à mudança em que a substância passa do estado líquido para o estado sólido. II.Fusão é a mudança do estado sólido para o estado líquido; portanto, trata-se de uma reação que absorve calor. III.Liquefação é a mudança do estado gasoso para o estado líquido; portanto, tratase de uma reação que libera calor. IV.Vaporização, calefação e ebulição são tipos de evaporação que um líquido pode sofrer quando passa para o estado gasoso. V.A sublimação é o nome dado à mudança de estado em que a substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Assinale a alternativa CORRETA. apenas as afirmações I e V são verdadeiras. apenas as afirmações I e IV são verdadeiras. apenas as afirmações III e V são verdadeiras. apenas as afirmações II e III são verdadeiras. apenas as afirmações I e III são verdadeiras. 62% 71% 58% 61% 58% 67% 30 Muito além da sala de aula! .(ESPCEX) Considere a tabela de temperaturas de fusão (TF) e temperaturas de ebulição (TE) de algumas substâncias hipotéticas, todas sujeitas às mesmas condições de pressão. Material TF (°C) TE (°C) Alpha – 101 – 34 Bravo – 116 35 Charlie 41 182 Delta 3550 4827 Echo – 95 110 Acerca desta tabela e de seus dados, são feitas as seguintes afirmativas: I.À temperatura de 25 °C, o material Alpha está no estado sólido. II.À temperatura de 50 °C, os materiais Bravo e Delta estão no estado líquido. III.À temperatura de 30 °C, os materiais Charlie e Echo estão no estado gasoso. IV.À temperatura de 145 °C, os materiais Alpha, Bravo e Echo estão no estado gasoso. V.À temperatura de 1450 °C, o material Delta está no estado sólido. Das afirmativas feitas, estão corretas apenas I e II. III e IV. IV e V. II, III e IV. I, IV e V. .(G1 - CFTRJ) O café solúvel é obtido a partir do café comum dissolvido em água. A solução é congelada e, a seguir, diminui-se bruscamente a pressão. Com isso, a água passa direta e rapidamente para o estado gasoso, sendo eliminada do sistema por sucção. Com a remoção da água do sistema, por esse meio, resta o café em pó e seco. Identifique as mudanças de estado físico ocorridas neste processo: solidificação e fusão. vaporização e liquefação. fusão e ebulição. solidificação e sublimação. apenas solidificação. .(UPF) As panelas de pressão são muito utilizadas na cozinha, pois diminuem o tempo de cozimento dos alimentos. A ilustração a seguir mostra o interior de uma panela de pressão durante esse processo. Marque V quando verdadeiro e F quando falso nas seguintes observações sobre o sistema: ( ) A temperatura de ebulição da água é menor que 100 ºC, por isso atinge mais rápido o cozimento. ( ) A pressão de vapor da água com sal é menor que a pressão de vapor da água pura, por isso a temperatura de ebulição aumenta. ( ) O alimento só irá cozinhar quando a água atingir o ponto de ebulição. ( ) A válvula de pressão é a responsável por controlar a pressão no interior da panela. ( ) Em qualquer altitude, a água pura no interior da panela terá a mesma temperatura de ebulição. A sequência correta para as observações acima é: F, V, F, V, F. F, V, F, F, F. V, V, F, V, V. V, F, V, F, F. V, V, F, F, F. .(G1) Na fotossíntese realizada pelos seres fotossintetizantes, com exceção das bactérias, o gás carbônico 2(CO ) e a água 2(H O) são usados para a síntese de carboidratos, geralmente a glicose. Nesse processo, há a formação de oxigênio 2(O ), que é liberado para o meio. A equação mostra que o gás carbônico e a água são convertidos em glicose, havendo liberação de oxigênio. 2 2 6 12 6 2 26 CO 12 H O C H O 6 O 6 H O+ → + + No processo descrito, a fonte de energia usada pelas plantas é a energia hidrelétrica. elétrica. nuclear. eólica. solar. 62% 69% 63% 88% 31 Muito além da sala de aula! .(RAIO X – MOISÉS MEDEIROS ENEM) O tempo de cozimento dos alimentos e o processo de fervura da água estão diretamente relacionados à temperatura alcançada durante o aquecimento, que depende da pressão atmosférica. O uso de uma panela de pressão também permite alterar essas condições, influenciando o comportamento térmico do sistema. Considerando uma pessoa que utiliza uma panela comum e uma panela de pressão em diferentes altitudes, as características de como cada panela pode ser aplicada para reduzir o tempo de cozimento dos alimentos em diferentes locais de altitude são justificadas em La Paz é mais fácil cozinhar um alimento do que em Santos. em Santos é mais rápido ferver um líquido do que em La paz. na utilização de panela de pressão, visto que é especialmente necessária em regiões de alta altitude, como La Paz, porque nesses locais a água ferve a temperaturas mais baixas em panelas comuns, o que dificulta o cozimento dos alimentos sem o aumento da pressão interna. em La Paz a pressão atmosférica é superior, assim, há aumento do ponto de ebulição, cozinhando o alimento mais rápido. em locais elevados, como La Paz, a pressão atmosférica é menor, aumentando a temperatura de ebulição da água e, consequentemente, prolongando o tempo necessário para cozinhar os alimentos. .(ESPCEX (AMAN - MODIFICADA) Diagramas de fases são gráficos construídos para indicar uma condição de temperatura e pressão de uma substância e suas mudanças de estado. Cada uma das curvas do diagrama indica as condições de temperatura e pressão nas quais as duas fases de estado estão em equilíbrio. Durante o planejamento de um processo de esterilização industrial, um engenheiro precisa determinar as condições ideais para sublimar o gelo, entender como a pressão influencia o ponto de fusão da água e determinar as possíveis interpretações diante desse gráfico. A justificativa sobre como as condições de pressão e temperatura influenciam o comportamento térmico e a mudança de fase é apresentada nas pressões abaixo de 0,006 atm, em que água sólida pode sublimar, convertendo-se diretamente para o estado gasoso. na temperatura de fusão da água, que aumenta proporcionalmente com o aumento da pressão aplicada. na água, que é líquida a 100 °C e 1 atm, enquanto a 218 atm atinge o estado supercrítico. na água sólida e líquida, em que coexistem em equilíbrio em temperaturas superiores a 0 °C apenas em pressões superiores a 1 atm. no ponto triplo da água, ocorre a 0,06 atm e 0,0098 °C, permitindo a coexistência dos trêsestados físicos. .(UNICAMP) “Quem tem que suar é o chope, não você”. Esse é o slogan que um fabricante de chope encontrou para evidenciar as qualidades de seu produto. Uma das interpretações desse slogan é que o fabricante do chope recomenda que seu produto deve ser ingerido a uma temperatura bem baixa, assim, ao suar tem a sua temperatura diminuída, enquanto a evaporação do suor no corpo humano evita que sua temperatura aumente. aumentada, enquanto a evaporação do suor no corpo humano evita que sua temperatura diminua. diminuída, enquanto a evaporação do suor no corpo humano evita que sua temperatura diminua. aumentada, enquanto a evaporação do suor no corpo humano evita que sua temperatura aumente. constante, pois o que está ocorrendo é apenas variação de pressão. 38% 42% 24% 32 Muito além da sala de aula! .(SESSÃO ENEM VOL 3) Harry Potter e seus amigos estão curiosos sobre o segredo dos corredores quenianos, que dominam as maratonas internacionais. Eles descobriram que muitos desses atletas vivem e treinam em altitudes elevadas, o que parece funcionar como um doping natural. Considerando os efeitos da pressão atmosférica reduzida em regiões de altas altitudes e os processos de adaptação fisiológica dos corredores quenianos, a explicação para o melhor desempenho desses atletas em corridas de longa distância pode ser justificada em altitudes elevadas, pois a pressão atmosférica é maior, o que aumenta a concentração de oxigênio no ar e, consequentemente, a capacidade de absorção de oxigênio pelos pulmões. em altitudes elevadas, pois a menor pressão atmosférica estimula a produção de hemoglobina e glóbulos vermelhos, aumentando a capacidade de transporte de oxigênio pelo sangue. Dessa forma, quando os atletas vêm para altitudes menores, há mais hemácia, assim, maior rendimento. em altitudes elevadas, pois o menor nível de oxigênio leva à degradação da hemoglobina, o que força o corpo a encontrar novas formas de oxigenação dos tecidos musculares. em altitudes elevadas, pois a menor pressão atmosférica estimula a produção de hemoglobina e glóbulos vermelhos, aumentando a capacidade de transporte de oxigênio pelo sangue. Dessa forma, quando os atletas vêm para altitudes maiores, há mais hemácia, assim, maior rendimento. em altitudes elevadas, pois a pressão atmosférica reduzida diminui a produção de glóbulos vermelhos, forçando os músculos a se adaptarem para funcionarem com menos oxigênio. .(UPE) Cada vez mais conhecido no Nordeste, o futebol americano se consolida em Pernambuco. Entre as regras desse esporte, um lance chama a atenção dos espectadores, o chute de campo (Field goal). Para o chute valer 3 pontos, a bola, de formato oval e confeccionada com couro natural ou sintético, tem de passar pelo meio da trave em Y, que fica no final do campo (endzone). O recorde de distância do field goal é de 64 jardas e pertence a Matt Parater, então jogador do time americano do Denver Broncos. Tanto o referido chute quanto os outros dois maiores, ambos de 63 jardas, ocorreram em Denver, no Colorado, a 1700 metros de altitude e com temperatura média anual de 10 graus celcius. A ocorrência de maiores distâncias de field goals em Denver reside no fato de a temperatura baixa influencia no volume da bola, favorecendo um chute mais preciso. a altitude de Denver deixa o ar mais rarefeito, possibilitando uma menor resistência do ar e facilitando o chute. a altitude de Denver influencia no metabolismo do atleta de forma positiva, possibilitando chutes mais potentes. a temperatura baixa influencia no material usado na fabricação da bola, tornando os chutes mais potentes e precisos. a altitude de Denver e a baixa temperatura combinadas fazem nevar o ano inteiro, nessa capital, o que facilita o chute. .(UESPI - MODIFICADA) O comportamento de substâncias puras em diferentes condições de pressão e temperatura pode ser descrito por diagramas de fases, que representam as mudanças de estado físico (sólido, líquido, gás). Esses diagramas são fundamentais para aplicações industriais e científicas, como no controle de processos químicos e na conservação de materiais sensíveis a variações ambientais. Abaixo estão os diagramas de fases de duas substâncias puras, identificadas como Substância I e Substância II. Com base nos diagramas de fases apresentados, analise as condições de pressão e temperatura das substâncias I e II, considerando o comportamento de fusão, vaporização e os estados físicos. A justificativa coerente sobre as condições de dos diferentes diagramas é explicada no diagrama da Substância II em que há exatos 20 0C e 56 atm, a substâncias está no estado líquido. no diagrama da Substância II pode estar no estado líquido acima de 31 °C, aumentando-se a pressão ou diminuindo. no diagrama da Substância I, o estado gasoso é limitado a temperaturas superiores a 374 °C. no diagrama da Substância I, o aumento da pressão diminui a temperatura de fusão, como indicado pela inclinação negativa da curva de fusão. no diagrama da Substância I, a temperatura crítica, marcada no ponto C, é a máxima em que a substância pode coexistir nos estados sólido e gasoso. . (PROF. MOISÉS MEDEIROS) A soda cáustica, também conhecida como hidróxido de sódio (NaOH), é amplamente utilizada na limpeza doméstica e na indústria. Entretanto, seu manuseio inadequado pode trazer riscos graves à saúde. Quando dissolvida em água, a temperatura do meio aumenta, tornando o processo perigoso sem os cuidados necessários. Além disso, o contato direto com a pele ou mucosas pode causar queimaduras químicas severas e irritações. Especialistas alertam que, durante o manuseio, é essencial o uso de equipamentos de proteção individual (EPI), como luvas e óculos de proteção, para evitar danos. Com relação ao processo de dissolução do hidróxido de sódio em água ocorreu um processo endotérmico, pois absorve energia para ocorrer. endotérmico, devido à formação de produtos com alta entalpia. exotérmico, com sensação de aquecimento. exotérmico, com sensação de resfriamento. endotérmico, pela presença de interações moleculares que consomem calor. 53% 58% 48% 31% 33 Muito além da sala de aula! .(PROF. MOISÉS MEDEIROS) Durante uma expedição científica na Antártica, pesquisadores observaram que a interação entre pressão e temperatura é determinante para as mudanças de estado da água em ambientes extremos. Além disso, em atividades esportivas, como a patinação no gelo, e em processos industriais, como o uso de panelas de pressão, essas relações são aplicadas de forma prática para otimizar resultados. Em um experimento, um pesquisador utilizou um cilindro hermético para simular diferentes pressões sobre amostras de gelo e água, analisando a fusão e o ponto de ebulição. Ele deseja entender como as mudanças de pressão afetam o estado físico da água e como isso pode ser aplicado em tecnologias de deslizamento e cozimento. A justificativa sobre como as condições de pressão e temperatura influenciam o comportamento térmico e a mudança de fase é apresentada em locais elevados, como La Paz (3600 m de altitude), a pressão atmosférica é menor, aumentando a temperatura de ebulição da água e, consequentemente, prolongando o tempo necessário para cozinhar os alimentos. no uso de panelas de pressão, porque, em regiões de alta altitude, eleva-se o ponto de ebulição da água, aumentando a eficiência no cozimento dos alimentos comparado às regiões de baixa altitude. na pressão aplicada, por exemplo, na lâmina dos patins sobre a superfície do gelo, em que o aumento da pressão reduz a temperatura de fusão, permitindo a formação de uma fina camada líquida que facilita o deslizamento. na pressão no ponto triplo da água, que permite a coexistência dos estados sólido, líquido e gasosoem condições de pressão acima de 1 atm e temperaturas próximas de 0 °C. na elevação da pressão sobre a água sólida, pois isso aumenta a temperatura de fusão, tornando mais fácil o derretimento do gelo em condições de alta pressão. .(SESSÃO ENEM VOL 3) O gás de cozinha, conhecido como GLP (gás liquefeito de petróleo), é composto principalmente por butano (C₄H₁₀) e propano (C₃H₈). Ele é armazenado em botijões sob alta pressão, o que modifica a organização de suas moléculas e facilita seu transporte e uso doméstico. Para garantir maior segurança, é adicionado ao GLP um composto com odor característico, permitindo identificar vazamentos, já que o gás em si é inodoro. Uma empresa de distribuição de GLP busca garantir a segurança no transporte e no armazenamento do gás em botijões. Com base no texto e nas propriedades químicas do GLP, a solução adotada para garantir segurança no uso é justificado por manter suas moléculas no estado gasoso e adicionar metano (CH4) para garantir a segurança no uso. por comprimir as moléculas para ocupar menos espaço, através da liquefação, que pode ser realizada com o aumento da pressão, e adicionar um composto sulfurado para detectar vazamentos. por comprimir as moléculas para ocupar menos espaço, através da liquefação, que tem que ser realizada com o aumento da temperatura, e, para a segurança, é adicionado um composto sulfurado para detectar vazamentos. por comprimir as moléculas para ocupar mais espaço, através da condensação, que pode ser realizada sem a variação da temperatura, apenas com o aumento da pressão, e adicionar um composto sulfurado para detectar vazamentos. por comprimir as moléculas para ocupar mais espaço, através da condensação, que pode ser realizada sem a variação da temperatura, apenas com o aumento da pressão, e adicionar um composto à base de cloro para detectar vazamentos. .(UFJM - MODIFICADA) O ar atmosférico é composto basicamente por uma mistura de gases contendo 78% de N2, 21% de O2 e 0,9% de CO2 e outros gases, incluindo vapor d’água (aprox. 0,1%). Considere a tabela: Se, inicialmente, o ar a 25°C for resfriado até 250 °C negativos gradativamente em pressão de 1 atm, podemos afirmar que: a ordem de solidificação será N2 e O2. em –185 °C somente o O2 está na forma de gás. em –198 °C o N2 estará na fase sólida. em –215 °C o N2(g) passa a ser 2( )N ; e o O2(g) será O2(s). em –220 °C o O2 estará na fase gasosa. 33% 41% 32% 34 Muito além da sala de aula! .(SESSÃO ENEM VOL 3) Por que o gelo flutua? Quem nunca esqueceu uma garrafa de água e no outro dia estava estourada na geladeira? João, Pedro, Clara, Gabi, Ênio e Caique estavam discutindo se adicionarem uma amostra sólida de determinada substância a certa quantidade da mesma substância no estado líquido, se a amostra ia afundar ou ia ficar superficial. Logo concluíram que expectativa é de que a amostra sólida afunde. E isso de fato acontece, pois a maioria das substâncias é mais densa quando se encontra no estado sólido. Porém, para a água é diferente, por exemplo, ao colocarmos uma garrafa fechada de água líquida no congelador, ela pode estourar pois isso ocorre porque uma mesma massa de água ocupa um volume maior no estado líquido, ou seja, o gelo tem uma densidade maior do que a água líquida; as moléculas de água no estado sólido formam uma estrutura aberta de forma hexagonal, com espaços vazios no seu interior. Esses espaços vazios não existem no líquido, que não apresenta um arranjo organizado. Essa anomalia da água também permite a vida em ambientes marinhos, sobretudo em ambientes extremamente frios. isso ocorre porque uma mesma massa de água ocupa um volume maior no estado sólido, ou seja, o gelo tem uma densidade menor do que a água líquida, as moléculas de água no estado sólido formam uma estrutura aberta de forma hexagonal, com espaços vazios no seu interior. Esses espaços vazios não existem no líquido, que não apresenta um arranjo organizado como no sólido. Essa anomalia da água também permite a vida em ambientes marinhos, sobretudo em ambientes extremamente frios. isso ocorre porque uma mesma massa de água ocupa um volume maior no estado líquido, ou seja, o gelo tem uma densidade maior do que a água líquida; as moléculas de água no estado sólido formam uma estrutura aberta de forma hexagonal, com espaços vazios no seu interior. Esses espaços vazios não existem no líquido, que não apresenta um arranjo organizado. Essa anomalia da água também permite a vida em ambientes marinhos, sobretudo em ambientes extremamente frios. isso ocorre porque uma mesma massa de água ocupa um volume maior no estado sólido, ou seja, o gelo tem uma densidade menor do que a água líquida, as moléculas de água no estado sólido formam uma estrutura aberta de forma octaédrica, com espaços vazios no seu interior. Esses espaços vazios não existem no líquido, que não apresenta um arranjo desorganizado. Essa anomalia da água também permite a vida em ambientes marinhos, sobretudo em ambientes extremamente frios. isso ocorre porque uma mesma massa de água ocupa um volume maior no estado líquido, ou seja, o gelo tem uma densidade menor do que a água líquida, as moléculas de água no estado sólido formam uma estrutura aberta de forma octaédrica, com espaços vazios no seu interior. Esses espaços vazios não existem no líquido, que não apresenta um arranjo organizado. Essa anomalia da água também permite a vida em ambientes marinhos, sobretudo em ambientes extremamente frios. .(UDESC) Em relação aos estados físicos da matéria, analise as proposições. I. Uma garrafa de vidro cheia de água foi colocada em um refrigerador a Após algumas horas, a garrafa de vidro foi retirada do refrigerador e colocada em um ambiente a Depois de alguns minutos, foi observada a formação de gotículas de água do lado de fora da garrafa. Esse fenômeno pode ser explicado devido ao fato de moléculas de vapor de água, presentes no ar, passarem pelo processo de liquefação ao entrarem em contato com a parede externa da garrafa de vidro. II. Uma garrafa de vidro cheia de água foi colocada em um refrigerador a Após algumas horas, a garrafa de vidro foi retirada do refrigerador e colocada em um ambiente a Depois de alguns minutos, foi observada a formação de gotículas de água do lado de fora da garrafa. Esse fenômeno pode ser explicado devido ao fato das moléculas de água, no estado líquido, permearem o vidro, e ao encontrarem um ambiente com temperatura superior, sofrerem o processo de vaporização. III. O estado físico de uma substância pode ser classificado em critérios de volume e forma. Sendo assim, o sal e a areia são classificados como líquidos, pois podem adquirir a forma de um recipiente. Assinale a alternativa correta. somente a afirmativa III é verdadeira. somente as afirmativas I e II são verdadeiras. somente as afirmativas I e III são verdadeiras. somente a afirmativa I é verdadeira. todas as afirmativas são verdadeiras. 01-A 02-A 03-B 04-D 05-D 06-D 07-D 08-A 09-B 10-D 11-D 12-C 13-D 14-A 15-E 16-C 17-A 18-D 19-B 20-B 21-D 22-C 23-C 24-B 25-A 26-B 27-D 4 C. 25 C. 4 C. 25 C. 44% 45% 35 Muito além da sala de aula! Hidrogênio verde PT 1: Introdução a inorgânica PT 1.1: Conceitos elementares. • O que é a química? Estuda a matéria, bem como as energias envolvidas nas suas transformações(fenômenos). • Matéria: Massa e ocupa lugar no espaço. Ex: Árvore. • Corpo: Porção limitada da matéria. Ex: Tronco da árvore. • Objeto: Utilização para o homem. Ex: Cadeira. PT 1.2: Energia. • Conceito: Capacidade de realizar um trabalho.(W = F.d). “ação” • Energia primária: Encontradas na natureza. Exemplo ________________. • Energia secundária: Transformação daprimária. Exemplo ___________. • Energia renovável(limpa) -_________________ liberação de gases tóxicos. (Principal gás: ________) - Eólica; - Solar; - Hidráulica - Biomassa(biocombustíveis) -____________________________________________________________________________ -____________________________________________________________________________ -____________________________________________________________________________ • Energia não renovável(suja) -_________________ liberação de gases tóxicos. - Combustíveis fósseis -____________________________________________________________________________ -____________________________________________________________________________ Energia nuclear - ________renovável, mas é ________. - Reação: _______________________. - Segura ou não? _________________. AULA 1 – Introdução a inorgânica 36 Muito além da sala de aula! PT 2: Estrutura da matéria - Inicial d • Quem é o elemento: • Quantas cargas nucleares: • Quantas partículas nucleares: • É um íon ou átomo: Elemento químico: É o resultado da união de átomos. Palavra chave: ___________ da tabela periódica. 37 Muito além da sala de aula! .(G1 - CFTMG) A água é encontrada na natureza em vários estados físicos e a sequência de transformações sofridas pela mesma é denominada ciclo da água. A figura seguinte representa duas etapas desse ciclo. As etapas do ciclo da água, representadas na figura pelas setas, são chamadas de calefação e liquefação. ebulição e ressublimação. vaporização e sublimação. evaporação e condensação. Ocorre formação de bolha Quando varia o estado físico o que ocorre Qual ocorre a qualquer temperatura Alteração espacial .(UEL) Em relação aos conhecimentos sobre transformações físicas e químicas, é correto afirmar: na vaporização são rompidas ligações intermoleculares, e na atomização são rompidas ligações intramoleculares. a fogueira, a lareira e o fogão remetem a uma caldeira para gerar vapor através da troca química entre combustível e água. a chaleira representa o dispositivo da Maria Fumaça que irá transformar água líquida em vapor por processo exotérmico. o carvão na lareira sofre redução e libera os gases metano e oxigênio. a energia necessária para vaporizar 1 mol de água líquida é igual à energia necessária para transformar a mesma quantidade de água em átomos isolados. .(ENEM PPL 2020) A água sofre transições de fase sem que ocorra variação da pressão externa. A figura representa a ocorrência dessas transições em um laboratório. Tendo como base as transições de fase representadas (1 a 4), a quantidade de energia absorvida na etapa 2 é igual à quantidade de energia liberada na etapa 4. absorvida na etapa 3. liberada na etapa 3. absorvida na etapa 1. liberada na etapa 1. .(ENEM PPL – MODIFICADA) O deserto de Lut, no Irã, é considerado a localidade mais quente do planeta. Nesse local, a temperatura máxima já atingiu 70 C. Considere as informações sobre algumas substâncias químicas: Substância Ponto de fusão (K) Ponto de ebulição (K) Enxofre 388 718 Gálio 303 2676 Bromo 266 332 Em um ambiente com a mesma condição de temperatura máxima do deserto de Lut e pressão atmosférica igual a 1 atm, as substâncias enxofre, gálio e bromo apresentam-se, respectivamente, nos estados físicos líquido, gasoso, líquido. sólido, gasoso, líquido. sólido, líquido, gasoso. sólido, gasoso, gasoso. líquido, líquido, gasoso. .(PROF. MOISÉS MEDEIROS) A soda cáustica, também conhecida como hidróxido de sódio (NaOH), é amplamente utilizada na limpeza doméstica e na indústria. Entretanto, seu manuseio inadequado pode trazer riscos graves à saúde. Quando dissolvida em água, a temperatura do meio aumenta, tornando o processo perigoso sem os cuidados necessários. Além disso, o contato direto com a pele ou mucosas pode causar queimaduras químicas severas e irritações. Especialistas alertam que, durante o manuseio, é essencial o uso de equipamentos de proteção individual (EPI), como luvas e óculos de proteção, para evitar danos. Com relação ao processo de dissolução do hidróxido de sódio em água ocorreu um processo endotérmico, pois absorve energia para ocorrer. endotérmico, devido à formação de produtos com alta entalpia. exotérmico, com sensação de aquecimento. exotérmico, com sensação de resfriamento. endotérmico, pela presença de interações moleculares que consomem calor. ANOTAÇÕES ADICIONAIS 38 Muito além da sala de aula! .(PROF. MOISÉS MEDEIROS) Blablabla Com base nos diagramas de fases apresentados, analise as condições de pressão e temperatura das substâncias I e II, considerando o comportamento de fusão, vaporização e os estados físicos. A justificativa coerente sobre as condições de dos diferentes diagramas é explicada no diagrama da Substância II em que há exatos 20 0C e 56 atm, a substâncias está no estado líquido. no diagrama da Substância II pode estar no estado líquido acima de 31 °C, aumentando-se a pressão ou diminuindo. no diagrama da Substância I, o estado gasoso é limitado a temperaturas superiores a 374 °C. no diagrama da Substância I, o aumento da pressão diminui a temperatura de fusão, como indicado pela inclinação negativa da curva de fusão. no diagrama da Substância I, a temperatura crítica, marcada no ponto C, é a máxima em que a substância pode coexistir nos estados sólido e gasoso. .(UFSC) Considere uma garrafa de polietileno tereftalato preenchida a 50% de seu volume total com água pura e hermeticamente fechada. Considere que, inicialmente, a garrafa está mantida em uma geladeira a 4 °C e 1,0 atm. Sobre o diagrama acima, que demonstra a variação do volume da água com a temperatura, é correto afirmar que: 01 se a temperatura da geladeira for reduzida para 2 °C, haverá um aumento no volume da água na garrafa. 02 a densidade da água tende a aumentar com a redução na temperatura de 4 °C para 0 °C, o que justifica o fato de o gelo flutuar na água líquida. 04 se a garrafa for aquecida até 10 °C, haverá um aumento na quantidade de moléculas de água no interior da garrafa, resultando em aumento de massa. 08 o número de mol de moléculas de água no interior da garrafa será conservado independentemente da temperatura. 16 a contração de volume que ocorre ao refrigerar a água até seu ponto de solidificação decorre da expansão dos gases dissolvidos na água à medida que a energia interna do sistema diminui. 32 se a garrafa for retirada da geladeira e deixada sobre uma mesa até atingir 25 °C, haverá um aumento na quantidade de moléculas de água na fase gasosa no interior da garrafa. .(ENEM 2024) A tirinha ilustra esquimós dentro de um iglu, habitação de formato hemisférico construída durante o inverno a partir de neve ou blocos de gelo. Essa estrutura de construção se justifica pelo fato de esse povo habitar as regiões mais setentrionais da Groenlândia, Canadá e Na tirinha, a geladeira é necessária para fazer gelo porque: a temperatura interna do iglu é maior que a de solidificação da água. a umidade dentro do iglu dificulta o processo de mudança de fase da água. o ar dentro do iglu é isolante térmico, dificultando a perda de calor pela água. a temperatura aumentada no interior do iglu impede as correntes de convecção. a pressão do ar no interior do iglu é baixa, dificultando a solidificação da água. .(UFJF) A água possui um importante papel para ajudar a evitarQual o estado físico do fogo? Quem nunca teve essa dúvida, não é verdade? Bom, na verdade, o fogo não tem estado físico, pois, pra ter estado físico, tem que ter massa e ocupar um lugar no espaço, ou seja, tem que ser matéria. Por exemplo, a água que rapidamente imaginamos ela sólida, líquida ou gasosa. O fogo é, na verdade, a manifestação visível da energia liberada durante uma reação química de combustão, que chamaremos de queima. Um exemplo simples de entender é quando materiais como madeira, gás ou álcool entram em combustão. Assim, o fogo ou a chama são formas de energia visível e não possuem estado físico definido. Matéria x antimatéria Acabamos de estudar matéria, e se eu te falar que, para cada matéria que existe, há um oposto a ela, isto é, a antimatéria, você acreditaria? Calma que eu vou te explicar. Antimatéria, como o nome sugere, é formada pelas chamadas antipartículas, que são tipo os "gêmeos malvados" das partículas que conhecemos. Assim, antimatéria, para nós agora, significa o oposto da matéria, certo? Assim, por exemplo, você já ouviu falar alguma vez na vida, com certeza, nas partículas subatômicas que formam os átomos, né? Estou falando dos prótons, elétrons e nêutrons. Pronto, pra cada um deles, existe um oposto a ele. Assim, resumidamente, tudo que um tem o outro tem, exceto a carga, por exemplo, o elétron (e⁻) e sua antipartícula (oposto), que chamamos de pósitron (e⁺), têm tudo igual, exceto a carga. Veja a imagem a seguir. A título de aprofundamento, quando eles se encontram, ocorre uma aniquilação, isso mesmo, destruição... liberando energia na forma de fótons (raios gama). A aniquilação ocorre, basicamente, pois, como eles possuem tudo igual, exceto as cargas, que são opostas, acontece uma “briga de igual pra igual” e, assim, se anulam, restando apenas a massa, que é transformada em energia (um tipo de radiação invisível do tipo eletromagnética de altíssima frequência, que chamaremos de gama (γ)). Veja a imagem. MATÉRIA é todo sistema que possui massa e ocupa lugar no nosso espaço, ou seja, tem volume. CORPO é uma porção limitada da matéria. OBJETO é quando ocorre utilização para o homem. Figura 1.2 – Exemplos de matéria,corpo e objeto. Fonte: BRASIL ESCOLA. O que é matéria? Figura 1.3 – Fogo não é matéria. Fonte: REIS, Martha. Química Geral. Vol 1. São Paulo.Àtica., 2013. p. 146. Figura 1.3 – Matéria x Anti-matéria. Fonte: BRASIL ESCOLA. O que é antimatéria? Figura 1.4 – Aniquilação pósitron x elétron.. Fonte: UFABC. Radiações ionizantes: radiação alfa, beta e gama. 3 Muito além da sala de aula! Moisa, mas como assim transforma massa em energia? Vou te explicar agora, mas antes, aproveitando o gancho, essa transformação de massa em energia é descrita na teoria da relatividade, desenvolvida por Einstein, na fórmula mais conhecida, que com certeza você já viu em algum lugar: E = mc², em que: o E = energia; o m = massa; o c é a velocidade da luz no vácuo (aproximadamente 300.000 km/s). Como podemos ver pela equação, a massa e a energia são como "dois lados da mesma moeda", ou seja, posso converter massa em energia e a energia em massa. Por exemplo, nesse choque que vimos anteriormente entre matéria e antimatéria, houve a transformação da massa em energia. Em exemplos bem práticos, isso ocorre em outras reações nucleares, como a fissão nuclear que basicamente há choque do núcleo através de bombardeamento de nêutrons. A equação também nos indica quanto de energia está contida dentro de uma massa e, o mais incrível, se posso transformar massa em energia, também posso transformar energia em massa. Assim, ao criar massa, "posso criar matéria". Essa criação de partículas e antipartículas ocorre, por exemplo, nos aceleradores de partículas e em processos naturais, que veremos em seguida. Portanto, podemos dizer que massa e energia são duas manifestações da mesma coisa, interligadas, seguindo o conceito de conservação de energia. Moisa, mas qual a importância disso na minha vida? A antimatéria, sobretudo os pósitrons, é muito importante e prática no nosso dia a dia. Por exemplo, o exame PET scan (Tomografia por Emissão de Pósitrons) é um excelente exemplo. Nesse exame, são inseridas substâncias que chamamos de radiofármacos, como o fluorodesoxiglicose, no sangue do paciente, e elas são responsáveis por emitirem pósitrons. Veja a reação: 18F9→ 18O8 + e⁺ + Ve Acontece que como os pósitrons são os opostos dos elétrons, ao interagirem com os elétrons presentes no nosso corpo, eles “brigam”, como vimos agora, se anulando e havendo conversão de massa em energia (radiação gama), conforme a reação: e⁺+e⁻→2γ A luz no exame é visualizada porque essa radiação gama é captada por detectores ao redor do corpo e, com base nas informações obtidas, o equipamento constrói imagens tridimensionais do organismo, permitindo a identificação de regiões, sobretudo com maior atividade metabólica, como tumores, que consomem mais glicose. Veja na imagem abaixo que a parte mais evidente é o cérebro, pois é o órgão que mais consome energia no nosso corpo, basicamente 20%. Podemos dizer que, apesar de vermos isso mais à frente, como a massa do átomo está concentrada no núcleo, a energia dele também está concentrada no núcleo. Faz sentido? Pois elas são "a mesma coisa". Dessa forma, isso explica por que o núcleo de um átomo concentra a maior parte de sua energia, liberando muito mais energia em processos como fissão e fusão nuclear, do que em reações químicas, que envolvem apenas os elétrons ao redor do átomo, como no caso da ionização, por exemplo. Então, leve daqui que, em termos simples: quanto mais para dentro de um átomo eu for, mais energia estará envolvida, certo? Fazendo um link, podemos concluir também que as forças e outros fenômenos presentes no núcleo são significativamente mais fortes energeticamentes do que aqueles que atuam na eletrosfera como as interações química que estudaremos posteriormente. Para você ter noção disso, reações nucleares como a fissão, em bombas atômicas, e a fusão nuclear, no caso da bomba de hidrogênio (ocorre no Sol), liberam grande quantidade de energia. Abaixo coloquei a bomba mais poderosa já construída pelo homem: a Tzar (1961), uma bomba de hidrogênio criada e testada durante a Guerra Fria, sendo um marco de poder por parte da URSS. Podemos comparar sua explosão com a de Hiroshima (1945), lançada pelos EUA no Japão, que pôs fim à Segunda Guerra Mundial e matou quase 100 mil pessoas instantaneamente. Moisa, como são criadas as antimatérias? De forma natural, basicamente temos no caso dos raios cósmicos (que vêm do espaço) ou no decaimento radioativo, como no PET-scan que estudamos. Pelo homem, é basicamente pelo acelerador de partículas, que, resumindo, é uma máquina gigante (veja na imagem na outra página) que utiliza campos elétricos e magnéticos para, como o nome sugere, acelerar partículas subatômicas, como prótons, elétrons ou íons, a velocidades próximas à da luz (300.000 km/s) a fim de, quando colidirem em alta velocidade, e essa energia liberada poder ser transformada em pares de partículas e antipartículas (como elétrons e pósitrons) que estudamos anteriormente e assim, criar partículas. Destaco ainda que, a antimatéria gerada pode ser usada na medicina (PET scans, como vimos) ou como combustível para viagens espaciais. Sim, você não leu errado, pois, como vimos, uma quantidade ínfima de matéria é capaz de gerar energias absurdas, ou seja, tudo que queremos.variações bruscas de temperatura no corpo dos organismos. Quando a temperatura está muito alta, a água absorve grande quantidade de calor para passar do estado líquido ao gasoso e isso faz com que os organismos que vivem em terra firme possam evitar o superaquecimento. Por outro lado, quando a temperatura está muito fria a água no corpo dos organismos demora a liberar o calor evitando que se formem cristais dentro das células. O texto fez referência a(ao) ao alto calor latente de vaporização e ao elevado calor latente de fusão da água, respectivamente. ao alto calor latente de fusão e a propriedade de condensação, respectivamente. ao calor específico da água e a propriedade de coesão, respectivamente. ao elevado calor latente de fusão da água e ao alto calor latente de vaporização da água, respectivamente. as propriedades de coesão e adesão, respectivamente. 39 Muito além da sala de aula! .(SESSÃO ENEM VOL 3) O gás de cozinha, conhecido como GLP (gás liquefeito de petróleo), é composto principalmente por butano (C₄H₁₀) e propano (C₃H₈). Ele é armazenado em botijões sob alta pressão, o que modifica a organização de suas moléculas e facilita seu transporte e uso doméstico. Para garantir maior segurança, é adicionado ao GLP um composto com odor característico, permitindo identificar vazamentos, já que o gás em si é inodoro. Uma empresa de distribuição de GLP busca garantir a segurança no transporte e no armazenamento do gás em botijões. Com base no texto e nas propriedades químicas do GLP, a solução adotada para garantir segurança no uso é justificado por manter suas moléculas no estado gasoso e adicionar metano (CH4) para garantir a segurança no uso. por comprimir as moléculas para ocupar menos espaço, através da liquefação, que pode ser realizada com o aumento da pressão, e adicionar um composto sulfurado para detectar vazamentos. por comprimir as moléculas para ocupar menos espaço, através da liquefação, que tem que ser realizada com o aumento da temperatura, e, para a segurança, é adicionado um composto sulfurado para detectar vazamentos. por comprimir as moléculas para ocupar mais espaço, através da condensação, que pode ser realizada sem a variação da temperatura, apenas com o aumento da pressão, e adicionar um composto sulfurado para detectar vazamentos. por comprimir as moléculas para ocupar mais espaço, através da condensação, que pode ser realizada sem a variação da temperatura, apenas com o aumento da pressão, e adicionar um composto à base de cloro para detectar vazamentos. .(GV-SP - MODIFICADA) Durante um experimento, estudantes foram desafiados a classificar os materiais das medalhas de Tóquio 2020 com base em suas propriedades químicas e na homogeneidade de seus componentes. Para solucionar o desafio, os estudantes devem, com base na composição química, identificar a classificação correta das medalhas de ouro, prata e bronze, respectivamente, como substância composta, substância simples e substância composta. mistura heterogênea, substância simples e mistura heterogênea. substância composta, solução sólida e substância composta. mistura homogênea, substância composta e mistura homogênea. mistura homogênea, substância simples e solução sólida. usa compostos clorados para detectar vazamentos e garante inflamabilidade em alta pressão. .(FUVEST - MODIFICADA) Um químico analisa as representações fornecidas para identificar as propriedades dos sistemas químicos e sua aplicabilidade em processos industriais. Ao considerar a composição das substâncias, a homogeneidade dos sistemas e o tipo de ligação entre os átomos, ele busca entender qual sistema poderia ser utilizado em experimentos. As figuras abaixo ilustram diferentes sistemas. Em uma gincana científica, os participantes devem identificar corretamente as características dos sistemas químicos representados. Cada equipe tem uma tarefa específica para resolver com base nas propriedades apresentadas. A tarefa correta consiste em classificar os sistemas de maneira adequada conforme o contexto fornecido. Portanto, a equipe vencedora será aquela que realizar a classificação correta dos sistemas, como descrito na equipe que classificar os sistemas 1, 3, 4 e 5 como misturas, será a vencedora. que classificar os sistemas 1, 2 e 5 como substâncias puras, será a vencedora. que identificar os sistemas 2 e 5, respectivamente, como uma substância molecular e uma mistura de gases nobres, ganhará o desafio. equipe que associar os sistemas 6 e 4 a uma substância molecular gasosa e a uma substância simples, respectivamente, levará o prêmio. equipe que classificar os sistemas 1 e 5 como substâncias simples puras, será a campeã. 40 Muito além da sala de aula! Anotações adicionais .(RAIO X –– PROF. MOISÉS MEDEIROS 2024) O tempo de cozimento dos alimentos e o processo de fervura da água estão diretamente relacionados à temperatura alcançada durante o aquecimento, que depende da pressão atmosférica. O uso de uma panela de pressão também permite alterar essas condições, influenciando o comportamento térmico do sistema. Considerando uma pessoa que utiliza uma panela comum e uma panela de pressão em diferentes altitudes, as características de como cada panela pode ser aplicada para reduzir o tempo de cozimento dos alimentos em diferentes locais de altitude são justificadas em La Paz é mais fácil cozinhar um alimento do que em Santos. em Santos é mais rápido ferver um líquido do que em La paz. na utilização de panela de pressão, visto que é especialmente necessária em regiões de alta altitude, como La Paz, porque nesses locais a água ferve a temperaturas mais baixas em panelas comuns, o que dificulta o cozimento dos alimentos sem o aumento da pressão interna. em La Paz a pressão atmosférica é superior, assim, há aumento do ponto de ebulição, cozinhando o alimento mais rápido. em locais elevados, como La Paz, a pressão atmosférica é menor, aumentando a temperatura de ebulição da água e, consequentemente, prolongando o tempo necessário para cozinhar os alimentos. E se fosse cozinhar primeiro? Onde é mais fácil flutuar, no mar ou no rio? A pressão da panela de pressão é sempre a mesma independente do local? .(ENEM 2020) As panelas de pressão reduzem o tempo de cozimento dos alimentos por elevar a temperatura de ebulição da água. Os usuários conhecedores do utensílio normalmente abaixam a intensidade do fogo em panelas de pressão após estas iniciarem a saída dos vapores. Ao abaixar o fogo, reduz-se a chama, pois assim evita-se o(a) aumento da pressão interna e os riscos de explosão. dilatação da panela e a desconexão com sua tampa. perda da qualidade nutritiva do alimento. deformação da borracha de vedação. consumo de gás desnecessário. .(SESSÃO ENEM VOL 3) Cada vez mais conhecido no Nordeste, o futebol americano se consolida em Pernambuco. Entre as regras desse esporte, um lance chama a atenção dos espectadores, o chute de campo (Field goal). Para o chute valer 3 pontos, a bola, de formato oval e confeccionada com couro natural ou sintético, tem de passar pelo meio da trave em Y, que fica no final do campo (endzone). O recorde de distância do field goal é de 64 jardas e pertence a Matt Parater, então jogador do time americano do Denver Broncos. Tanto o referido chute quanto os outros dois maiores, ambos de 63 jardas, ocorreram em Denver, no Colorado, a 1700 metros de altitude e com temperatura média anual de 10 graus celcius. A ocorrência de maiores distâncias de field goals em Denver reside no fato de que a temperatura baixa influencia no volume da bola, favorecendo um chute maispreciso. a altitude de Denver deixa o ar mais rarefeito, possibilitando uma menor resistência do ar e facilitando o chute. a altitude de Denver influencia no metabolismo do atleta de forma positiva, possibilitando chutes mais potentes. a temperatura baixa influencia no material usado na fabricação da bola, tornando os chutes mais potentes e precisos. a altitude de Denver e a baixa temperatura combinadas fazem nevar o ano inteiro, nessa capital, o que facilita o chute. 41 Muito além da sala de aula!Pra você ter ideia, dez quilos de antimatéria poderiam fornecer energia suficiente para abastecer uma cidade durante vários anos. Então sim, a antimatéria é estudada também como combustível potencial para naves espaciais, permitindo atingir grandes distâncias no espaço com pouca quantidade de material. Embora ainda esteja longe de ser viável, é uma área promissora para o futuro da ciência. Figura 1.5 – Exame de PET-CT. Fonte:: IMEB. Como é feito o exame de PET-CT? Figura 1.6 – Representação de uma bomba de hidrogênio. Fonte: UMCOMO. O que é uma bomba de hidrogênio? 4 Muito além da sala de aula! Veja as imagens abaixo, que demonstram um acelerador de partículas e a aniquilação sob outra perspectiva. Moisa, para cada matéria há uma antimatéria? Graças a Deus, não. Basicamente, no início do universo, a teoria mais aceita, como sabemos hoje, é a do Big Bang, e acredita-se que houve uma aniquilação massiva entre matéria e antimatéria, deixando o universo dominado por matéria comum. Porém, por razões ainda não totalmente compreendidas, um excesso de matéria permaneceu, formando as estrelas, planetas e tudo o que conhecemos, enquanto a de antimatéria não. Para você ter ideia, antimatéria, como vimos, é tão difícil de produzir e rara de ser encontrada que o material mais caro do mundo conhecido é a antimatéria, especificamente o pósitron ou antipróton, que custa aproximadamente 62,5 trilhões de dólares por grama, de acordo com estimativas da NASA. Estimasse que para criar uma única partícula de antimatéria requer o uso de 10 mil partículas de matéria, em altíssimas velocidades, gastando uma quantidade enorme de energia. Moisa, e se eu for exposto à antimatéria? Vou morrer? Em quantidades ínfimas, não. Pode parecer impossível, mas, ao consumir bananas, você está, de fato, em contato com uma forma de antimatéria: o pósitron. Isso ocorre devido à presença do potássio-40 (K-40), um isótopo radioativo do elemento que comumente associamos às bananas e emite radiação de forma semelhante ao que descrevemos, anteriormente, no PET-SCAN. No entanto, comer banana, apesar de te expor, é de forma segura. Isso ocorre porque uma pequena fração do potássio que é presente na fruta. Embora esse processo seja natural e inofensivo, é uma demonstração fascinante de como a antimatéria está presente no cotidiano. 4. ENERGIA A energia, como vimos anteriormente, não pode ser criada nem destruída, apenas transformada entre diferentes formas, conforme o princípio da conservação. Dessa forma, dizemos que energia é a capacidade de realizar trabalho, podendo ser transferida entre sistemas, como de energia eólica para elétrica (estudaremos agora). A unidade básica de energia é o joule (J). Em termos mais simples, esse trabalho (W) basicamente ocorre quando uma força é aplicada para vencer uma resistência, causando deslocamento ou movimento. Seria basicamente dizer que a energia permite que algo supere uma força oposta e realize uma ação. Importante ressaltar ainda que as fontes de energia primária são encontradas na natureza, como o sol, o vento, a água, o carvão, o gás e o petróleo, dentre outras. Essas primárias são transformadas em fontes de energia secundária por meio de usinas hidrelétricas, termoelétricas e refinaria. Podemos definir as energias em limpas(renováveis) e sujas(não renováveis). 4.1 ENERGIAS LIMPAS São denominadas renováveis, como o próprio nome indica, porque não cessam e se renovam na natureza. Assim, são fontes de energias “boas”, aconselhadas do ponto de vista ambiental, uma vez que não geram poluentes, sendo o principal o CO₂, para o meio ambiente. São elas: Energia hidráulica: obtida pela força da água. Energia solar: obtida pela energia do sol. Energia eólica: obtida pela força dos ventos. Energia geotérmica: obtida pelo calor do interior da terra. Biomassa: obtida de matérias orgânicas. Energia gravitacional: obtida pela força das ondas dos oceanos. Energia do hidrogênio: obtido do hidrogênio. – Figura 1.7 – Sirius: acelerador de partículas brasileiro. Fonte: CNPem. Sirius: o que é e como funciona o acelerador de partículas brasileiro? Figura 1.8 – Produção de pares elétron-pósitron e processo de aniquilação Fonte: RESEARCHGATE. Produção de pares elétron-pósitron e processo de aniquilação. Figura 1.9 - Fontes de energia renováveis. Fonte: EPE – EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. 5 Muito além da sala de aula! 4.2 ENERGIAS NÃO RENOVÁVEIS Estas também são denominadas de sujas, pois liberam gases tóxicos para a atmosfera e causam diversos problemas ambientais, como poluição térmica, efeito estufa e afins, que iremos explorar mais à frente. Exemplos bons são os combustíveis fósseis, que são formados pela decomposição de matéria orgânica (seres vivos) ao longo de milhões de anos. Dentro dos combustíveis fósseis, temos o petróleo, o carvão mineral, o xisto (rochas) e o gás natural, que são principalmente formados por hidrocarbonetos, compostos constituídos exclusivamente por carbono e hidrogênio. Assim, sua combustão (queima) libera substâncias tóxicas ao meio ambiente, relacionadas a diversos problemas, como o aquecimento global. Ou seja, estou falando do CO₂, que estudaremos mais à frente, uma vez que ele é o principal causador do efeito estufa. Atenção à energia nuclear A energia nuclear é obtida, como o nome sugere, a partir de elementos químicos por meio de fissões nucleares, como o urânio, sendo amplamente utilizada em usinas nucleares. É o mesmo processo utilizado em bombas atômicas, que estudaremos posteriormente. Vale destacar que a energia nuclear é considerada uma energia LIMPA e SEGURA, mas não renovável. Essa classificação refere-se à emissão de gases tóxicos, pois ela não libera, por exemplo, CO₂. Inclusive no Brasil, temos esse tipo de energia nas usinas de Angra 1 e Angra 2, localizadas em Angra dos Reis, no estado do Rio de Janeiro. Tipos de Energia Abaixo, listei as características dos tipos de energia, bem como as principais vantagens e desvantagens das formas de energia mais comuns. Figura 1.11 - Energia nuclear e sustentabilidade. Fonte: SUNNE. Figura 1.10 - Fontes de energia renováveis. Fonte: EPE – EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Tabela 1. Tipos de energias. Fonte: Elaboração própria. Continue com essa energia! Você consegue! 6 Muito além da sala de aula! Hidrogênio verde O hidrogênio verde, como o nome sugere (verde), é uma alternativa de combustível sustentável para o planeta. Ele é produzido a partir da eletrólise da água, usando energia renovável “boa”, como a solar ou eólica. Iremos ver posteriormente, mas durante a eletrólise (lise = quebra), a água (H₂O) é quebrada em hidrogênio (H₂) e oxigênio (O₂) pela passagem de corrente elétrica (por isso o eletro) e, por conta disso, ela consome energia para acontecer. Veja a reação: 2H2O(g) → 2H2(g)+ O2(g) Esse hidrogênio será utilizado como fonte de combustível e pode ser usado em carros a hidrogênio e em indústrias, substituindo outros combustíveis tóxicos, como os derivados de petróleo, como a gasolina. Como usa fontes limpas, não emiteCO₂, sendo uma alternativa sustentável aos combustíveis fósseis, pelo fato de não poluir (liberar CO₂). Detalhe que estamos dizendo que existem carros que são movidos a hidrogênio, e ele vem da água, absurdo né? Assim, isso chama nossa atenção(concurso). O grande problema é que, como dito, consome uma grande quantidade de energia para quebrar a molécula da água e obter o hidrogênio. Outro desafio é o armazenamento desse gás, que explicaremos mais à frente. Essas e outras variáveis estão sendo cada vez mais estudadas, porque essa tecnologia é absurdamente incrível! Existe uma relação importante com o efeito fotovoltaico, pois, como o nome sugere (FOTO), basicamente usa a energia trazida pela luz do Sol, que é absorvida nos painéis solares, excitando os elétrons no semicondutor (silício) e criando energia elétrica a partir disso. Essa energia elétrica é essencial para produzir o hidrogênio verde através da eletrólise, uma vez que, como vem do Sol, ela é limpa. Ocorre nos painéis fotovoltaicos, veja abaixo: Fotoelétrico x Fotovoltaico Apesar de cedo em química, vale a pena destacar que existe diferença entre o fotovoltaico e o fotoelétrico. O fotovoltaico, como estudamos agora, transforma a luz solar em eletricidade de forma direta, criando corrente/tensão elétrica. Isso ocorre, em resumo, porque o elétron absorve a energia solar (fótons), excitando os elétrons de materiais semicondutores e, assim, gerando uma corrente/tensão elétrica. É o que acontece nas energias solares (placas fotovoltaicas). O efeito fotoelétrico é diferente, pois libera (ejeta) elétrons de uma superfície metálica quando recebe radiação em uma determinada frequência (alta – não é toda radiação), que pode ser da luz ou não. Essas são as principais diferenças. Esse efeito pode gerar corrente elétrica em sistemas como em células fotoelétricas, onde os elétrons ejetados são direcionados para formar um circuito e não são perdidos, vamos dizer assim. Por outro lado, se os elétrons ejetados não forem captados nem direcionados, não será gerada corrente elétrica. O fotoelétrico é muito usado em sensores, como em portas de shopping, dispositivos de medição, iluminação pública, sensores de movimento em sistemas de segurança, detectores de fumaça e etc. Portanto, são efeitos diferentes, mas ligados por elementos em comum, como os fótons (pacotes luminosos, que estudaremos mais à frente) e os elétrons, por isso, geralmente são confundidos. Esse efeito fotoelétrico está relacionado com a energia de ionização, que vamos estudar mais adiante. Veja: 5. ELEMENTO QUÍMICO Conceitualmente, dizemos que é o conjunto de átomos que apresentam o mesmo número atômico (prótons). Assim, quem determina o átomo é o seu número de prótons. De forma mais simples, podemos dizer que é a representação química que encontramos na tabela periódica, sendo cada elemento identificado por seus respectivos símbolos químicos. A primeira letra é sempre maiúscula e a segunda é minúscula. Veja abaixo a representação geral. Figura 1.12 - Energia solar – Efeito fotovoltaico Fonte: TRIFÁSICA SOLAR. Figura 1.13 - Efeito fotoelétrico. Fonte: KHAN ACADEMY. 7 Muito além da sala de aula! Representação Importante Muitas vezes, a representação do número de massa, ao invés de ser representada em cima, como é o correto, alguns autores representam embaixo. Não há confusão, pois, o maior número é SEMPRE O DE NÚMERO DE MASSA, uma vez que o número de massa do átomo é dada pelo somatório dos prótons e neutrons que estão no seu núcleo, assim, podemos representar e encaixar a seguinte expressão: A = Z + n em que a representação para prótons = “Z ou P” (número atômico), número de massa = “A” e o “n” o número de nêutrons. No final, podemos ter as duas representações, apesar de a primeira ser a correta e recomendada pela I.U.P.A.C. Assim, lendo-se a expressão A = Z + n, podemos concluir que para cálcularmos a quantidade de nêutrons, basta pegar o número de massa e subtrair o número de prótons. Por exemplo, no Ferro, ele tem 56 de massa atômica e 26 de prótons, subtraindo, teríamos 30 nêutrons. Também podemos dizer que sempre será a subtração do maior número (no de massa) pelo menor(no de prótons) que é bem mais fácil, rsrsrs. Perceba também que os elétrons não entram aqui, uma vez que praticamente eles não têm massa. Depois iremos ver. Elementos no dia-dia Dieta com baixo teor de sódio 6. ÁTOMO É a menor partícula que representa o elemento químico, sendo definida pelo seu número atômico. A título de curiosidade, atualmente existem 118, sendo 92 naturais e 26 artificiais. O átomo é constituído basicamente por: o Eletrosfera: região dos elétrons, que apresentam carga negativa. o Núcleo: onde encontramos prótons, que são positivos, e nêutrons, que não têm carga. É importante saber que todo átomo é neutro, isto é, a carga de prótons é a mesma da de elétrons, assim a quantidade de partículas positivas é igual a de negativas e elas se anulam. Veja a imagem abaixo e perceba que o Hidrogênio e o Hélio são neutros. É importante saber também que tudo que não for neutro chamamos de íons. Em instantes, vamos estudar. Anote isso. Quero apenas uma leitura, a fim de irmos nos familiarizando com a química. Todos serão estudados ao longo do nosso trajeto. Vamos juntos. o Hidrogênio: compõe a água e combustível de foguete. Vale levar que ele é o elemento mais abundante do universo. o Sódio: compõe o sal de cozinha, sabão e vidro. Também é regulador da pressão(jajá te explico melhor). o Ferro: barras de ferro e hemoglobina, essencial no transporte de oxigênio. o Prata: jóias, moedas e na fabricação de circuitos eletrônicos. o Mercúrio: termômetros, pilhas e baterias recarregáveis. o Alumínio: panelas e material leve para aviões e embalagens. o Carbono: diamante, grafite e carbono ativado usado em filtragem. Vamos explorar muito isso daqu ia pouco. o Fósforo: palitos de fósforo e fertilizantes agrícolas. o Nitrogênio: solo, fertilizantes e gás inerte em alimentos. o Oxigênio: bexiga cheia de ar e essencial para respiração celular. O que nós médicos, costumamos prescrever às pessoas hipertensas (que têm pressão alta) é uma dieta com baixo teor de sódio. Basicamente, é porque o sódio é um agente hiperosmolar (puxa muita água para o vaso sanguíneo, aumentando a pressão). Porém, isso não significa que as pessoas devam diminuir o consumo de sódio metálico (Na) de qualquer jeito, até porque o sal de cozinha tem iodo, que ajuda a tireoide a funcionar direito, e sem iodo podem ocorrer vários problemas, como por exemplo o hipotireoidismo. Na verdade, ninguém consome sódio metálico. O sódio é um metal muito reativo (vamos ver ainda), mas basicamente, em contato com a água, libera grande quantidade de energia (exotérmico). Portanto, ele é um cara, digamos, que violento, assim como todos os outros da família 1A. Relacionando-se, portanto, que a recomendação médica na verdade se refere aos íons sódio (Na+) que são ingeridos quando consumimos o sal de cozinha (Na+Cl–). Apesar de o átomo (Na) e o íon (Na+) possuírem nomes e símbolos semelhantes, eles apresentam comportamento químico muito diferente, entende? Esse é o objetivo desse texto. Exemplo semelhante ocorre quando os médicos prescrevem ferro às pessoas anêmicas. Isso não quer dizer que elas devam “comer pregos de ferro” ou outro objeto feito de ferro. O que os médicos recomendam é a ingestão de íons ferroso (Fe2+), encontrados, por exemplo, em sais de ferro II (Fe+2+SO4-2)sendo que, inclusive, a forma que absorvemos do ferro é a forma +2, chamada de ferroso. 8 Muito além da sala de aula! Representações para levar Veja a representação inicial geral de um átomo. Abaixo também coloquei uma representação de tudo que juntamos até o momento. Carga Nuclear Quando se referir ao termo carga nuclear, é apenas prótons – número atômico, visto que estão no núcleo e têm carga. Dessa forma, os elétrons não entram. Os nêutrons também não entram, apesar de terem uma massa importante. Porém, a palavra-chave é CARGA nuclear, e, como eles não têm carga, não são considerados aqui, certo? 7. ÍONS De maneira bem simples, é o átomo quando perde ou ganha elétrons e que a partir de agora chamaremos de íons. Eles são ELETRICAMENTE carregados, em que, basicamente, haverá mudança de carga ELÉTRICA, seja para mais ou para menos. Pegou a dica do capslock, né? Rrssrsrs Assim, o que muda num íon são os elétrons, pois, se você olhar a figura abaixo dessa página, perceberá que os elétrons estão sempre mais “vulneráveis” do que os prótons. Então, são mais fáceis de serem perdidos, portanto, o que mudará é somente o número de elétrons. Destaco ainda que os íons possuem propriedades químicas diferentes dos átomos e das moléculas, pois a perda ou ganho de elétrons provoca interações diferentes, alterando as características químicas e físicas das espécies químicas, que estudaremos mais à frente. Resumindo: íon = alteração de elétrons, enquanto o número de prótons e nêutrons permanece constante. Assim, podemos dizer que a massa também se mantém constante, afinal, a massa do átomo é determinada por eles. Existem dois tipos: Ânion: excesso de elétrons(carga negativa); Cátion: déficit de elétrons(carga positiva). Cátions Se perdem elétrons, são denominados cátions. Exemplo: o átomo de sódio (Na) tem 11 prótons, 12 nêutrons e 11 elétrons. Lembre-se de que, quando é neutro, a quantidade de prótons = elétrons. Todo átomo é neutro. Quando se torna um íon, apenas os elétrons mudam. Assim, ele pode perder 1 elétron (depois explicaremos por que é 1 elétron), tornando-se um cátion sódio (Na⁺) com 11 prótons. Note que a quantidade de prótons não mudou. Permanece com os 12 nêutrons, mas perdeu 1 elétron, ficando com 10 elétrons, que é a única coisa que se altera em um íon. Veja abaixo: Ânions Se ganham elétrons, são denominados de ânions. Exemplo: o átomo normal de cloro tem 17 prótons, 18 nêutrons e 17 elétrons. Ele pode ganhar 1 elétron, transformando-se em um ânion cloreto (Cl⁻), que terá 17 prótons, 18 nêutrons e 18 elétrons, que é a única coisa que se altera. Veja abaixo: Figura 1.14 - Prótons, nêutrons e elétrons. Fonte: SCIENCE 19. 9 Muito além da sala de aula! Radical livre Bom, na natureza, os átomos sempre buscam se ligar, e iremos aprender sobre isso. Quando se ligam, eles se tornam estáveis. Imagine o gás oxigênio (O₂). Perceba que você nunca o vê sem estar associado a ele mesmo. Caso esteja, por exemplo, na forma “O”, será instável, e o chamaremos de radical livre. Quimicamente, reconhecemos um radical livre, por exemplo, através dos elétrons desemparelhados. Assim, quando o oxigênio não se liga a si mesmo, ele fica com elétrons "sozinhos", tornando-se instável. Na prática, isso significa que ele promove o que chamamos de "desgaste" (oxidação) de outras substâncias. Posteriormente, estudaremos esse processo em mais detalhes, mas, de agora em diante, associe radical livre a espécies químicas instáveis, que tendem a se ligar a outras moléculas para buscar estabilidade, "desgastando" a outra molécula em prol de si mesmas. Por essa razão, elas também são conhecidas como espécies sequestradoras de elétrons. Assim, radical livre em resumo, é instável e altamente reativo (ou seja, reage muito), fazendo com que ele esteja sempre buscando capturar ou ceder elétrons. Por exemplo, radicais livres podem atacar células sadias, como proteínas, lipídios e DNA, causando envelhecimento precoce. Ao capturar elétrons dessas células, o radical livre atua como um agente oxidante. Esse processo danifica a membrana e a estrutura da célula, podendo, em casos extremos, levar à morte celular. Por isso, os radicais livres são tão conhecidos e frequentemente associados ao câncer. Para regular a ação dos radicais livres, existem os sistemas de defesa antioxidante, como as vitaminas A, C e E (antioxidantes), que ajudam a neutralizá-los. Assim, o consumo de alimentos ricos em antioxidantes, como laranja e outros cítricos, é uma estratégia eficaz para combater o envelhecimento precoce causado pelo excesso de radicais livres no corpo. A prática de atividade física regular e moderada também é uma estratégia importante, pois ajuda o organismo a metabolizar o oxigênio, reduzindo a produção de radicais. É importante destacar que alguns radicais livres são naturalmente produzidos pelo organismo humano e desempenham funções metabólicas essenciais, especialmente no sistema imunológico. Esses são chamados de radicais livres de origem endógena. Já os radicais livres de origem exógena (como o nome sugere) são gerados a partir de fatores externos, como poluição, radiação solar, consumo de tabaco e álcool, maus hábitos alimentares e outros tipos de radiação. No cotidiano, são formadas por reações que envolvem a luz, e é por isso que dizem que a exposição ao sol ao meio-dia predispõe ao melanoma (câncer de pele). E isso é verdade: boa parte desse risco ocorre devido à ação dos radicais livres que são formados “nesse sol”. Em atomística, iremos aprofundar mais nesse assunto, mas, por enquanto, é importante que você saiba da existência e do papel desses radicais. 8. MOLÉCULA É a união de átomos, portanto, se átomos são neutros (sem carga), toda molécula também é neutra. Assim, a quantidade de próton (+) é igual a de elétron (-), certo? Molécula é sinônimo de componente que equivale a quantidade, então, a partir de agora, se ler molécula ou componentes, é a quantidade, certo? Moléculas são sempre ligadas por ligação covalente (vamos aprender mais na frente), visto que são neutras. Representa a menor porção que conserva as propriedades químicas das substâncias, por exemplo acidez. É determinada pelo coeficiente ou número de mol, que nada mais é do que, para agora, o número que fica na frente dela. O subíndice é também denominado de atomicidade, isto é, indica a quantidade de átomos existentes naquela molécula. Agora que sabemos a representação e o que significa, vamos em termo de cálculo observar o seguinte: No 4H2SO4 responda: Quantos elementos, átomos de H, S e O, e moléculas temos em 4 H2SO4? São 3 elementos(H, S e Oxigênio); 4 moléculas (tem 4 de coeficiente ou mol); 8 átomos de H(4 x 2); 4 átomos de S(4 x 1); 16 átomos de Oxigênio(4 x 4). Figura 1.15 - Estresse oxidativo. Fonte: NUTRIXEA 10 Muito além da sala de aula! 9. MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO Também conhecida como mudança do estado de agregação. A matéria pode ser dividida em três grandes grupos principais de estado físico: sólido, líquido e gasoso. SÓLIDO No estado sólido, a matéria apresenta forma e volume próprios, ou seja, bem definidos. Se colocar uma bola de ferro dentro de um copo, não irá mudarseu volume nem sua forma. Basicamente isso ocorre, pois a força de atração entre as moléculas é muito intensa, de tal modo que se “grudam”. Como a atração é alta, a entropia (desordem) é baixa. Assim, como a força de atração é alta, podemos deduzir que a força de atração é maior do que a de repulsão, afinal, eles estão bem juntinhos, o que define o estado deles. LÍQUIDO No estado líquido, a matéria apresenta volume próprio, ou seja, definido, mas a forma é aquela do recipiente que a contém, uma vez que ela se molda àquela situação. A força é intermediária entre o sólido e o gasoso. Como a força de atração é intermediária, dizemos que a força de atração é semelhante à de repulsão. GASOSO No estado gasoso, a matéria não apresenta forma nem volume próprios. Aqui, a interação entre eles é tão fraca que eles se afastam o máximo que dá. Assim, seu volume e forma são os do recipiente (o máximo que tem). Se o recipiente tiver 10 litros, o gás terá 10 litros também. A atração entre os gases é baixa, portanto, há alta entropia, ou seja, eles estão bem afastados ou desordenados. Como a força de atração é baixa, dizemos que a força de atração é menor do que a de repulsão. Mudança do estado físico Quando falamos em aumento da temperatura, estamos falando de processos endotérmicos (absorção de calor) ou endoenergéticos, que representamos por ∆H +. Quando diminuímos a temperatura, estamos diante de processos exotérmicos (liberação de calor) ou exoenergéticos que representamos com o ∆H -. Essa nomenclatura de endotérmico e exotérmico é utilizada em termoquímica e é denominada entalpia (calor), representada pela letra H. Quando falamos que ocorre aumento da entropia, estamos dizendo que ocorre aumento da desordem, representada pela letra S. Logo, se olharmos o esquema, da esquerda para a direita teremos: sólido → líquido → gasoso e estamos aumentando a entropia. Veja abaixo. Quando falamos de mudança do estado físico (estado de agregação), há mudança apenas na organização dos átomos, que, em suma, estão mais ordenados (organizados – juntos) ou separados (desorganizados). Logo, não há quebra de ligações; aqui ocorre apenas uma mudança nas forças intermoleculares, que já explicarei. Figura 1.16 - Barra de ferro – Estado físico sólido. Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química Geral. Vol 1, 2aed. SARAIVA, 2014. Figura 1.17 – Água no copo – Estado físico líquido. Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química Geral. Vol 1, 2aed. SARAIVA, 2014. Figura 1.18 – Bexiga com ar – Estado físico gasoso. Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química Geral. Vol 1, 2aed. SARAIVA, 2014. 11 Muito além da sala de aula! 9.1 FUSÃO Como mostrado na página anterior, é a passagem de sólido para líquido, por exemplo, derreter o gelo. Esse processo ocorre, principalmente, com o aquecimento, mas nem sempre, pois pode ocorrer com o aumento da pressão também. Daqui a pouco, vamos ver melhor, em diagrama de fases. O significado de ponto de fusão Você já ouviu falar em ponto de fusão? Bom, e o que quer dizer ponto de fusão? Basicamente, quer dizer a temperatura necessária para que uma substância mude de seu estado físico do sólido para o líquido. Por exemplo, a água (H₂O), que tem ponto de fusão (PF) = 0 °C e ponto de ebulição (PE) = 100 °C a 1 atm (nível do mar), precisa ultrapassar o valor de 0 °C para passar do sólido para o líquido, certo? E ultrapassar os 100 °C para mudar do estado líquido para o gasoso, entende? Essa leitura será válida para todas as transformações de agora em diante. Atenção ao calor, pois passar do estado sólido para o líquido ou do sólido para o gasoso envolve energias diferentes, como mostrado na figura da mudança de estado físico na página anterior. Lembre-se de que o sentido da esquerda para a direita (sólido → líquido → gasoso) é sempre endotérmico, e o sentido contrário é exotérmico. Pegue essa dica de esquerda e direita, pois ela também será útil para entender a entropia. Afinal, vimos que, da esquerda para a direita, a entropia (desordem) também aumenta. Ah, só mais uma coisa... Esses pontos da água são os únicos do ensino médio que você precisa guardar, então vale a pena anotar. O resto é terrorismo, não precisa. Caso colocássemos a água sólida, que estava inicialmente a -5 °C, em uma temperatura de 50 °C a 1 atm, qual seria o estado dela? Se respondeu líquido, parabéns. A água estaria no estado líquido, pois, como o ponto de fusão (PF) é 0°C e o ponto de ebulição (PE) é 100°C, ao ser submetida a 50°C, já ultrapassou 0°C (ou seja, já está no mínimo líquida) e, como ainda não atingiu 100°C, não se transformou em gasosa. Portanto, a água estará líquida. O mesmo raciocínio é válido para outras substâncias. 9.2 VAPORIZAÇÃO Mudança de líquido para o estado gasoso. A vaporização pode ocorrer de três maneiras, dependendo da temperatura em que o processo acontece: o Evaporação: ocorre quando o líquido vaporiza lentamente à temperatura ambiente. Aqui não há formação de bolhas, visto que é um processo lento, podendo ser considerado um processo natural. A evaporação ocorre em qualquer temperatura e pressão, visto que, como dito, é um processo natural, embora se torne mais intensa em temperaturas mais altas e pressões mais baixas. Essa é uma diferença marcante em relação às demais. Vale notar que, por ser muito lenta, a transformação ocorre na superfície do líquido. Além disso, durante a evaporação, algumas moléculas passam para o estado gasoso enquanto outras permanecem líquidas até que, gradualmente, todas fiquem gasosas, a qualquer temperatura. o Ebulição: ocorre quando o líquido vaporiza rapidamente, com formação de bolhas, durante o aquecimento direto. Ou seja, para chamarmos de ebulição, é necessária uma fonte externa de calor. A ebulição varia de acordo com a pressão atmosférica, algo que iremos discutir em breve. É importante observar que, nesse caso, a mudança do estado líquido para gasoso ocorre de uma só vez, ou seja, em todo o volume do líquido. o Calefação: ocorre quando o líquido vaporiza muito rapidamente e necessita de uma fonte externa de calor. Abaixo, coloquei um exemplo de cada. 9.3 LIQUEFAÇÃO Também, de maneira geral, conhecida como condensação, que nada mais é do que a passagem do gasoso para o estado líquido, como nos ar-condicionados, por exemplo. Há uma singela diferença entre os condensação e liquefação, que vamos diferenciar mais à frente. Figura 1.19 – Fusão da água – Derretimento. Fonte: COWBOYSZONE. Figura 1.19 - Forma gasosa da água. Fonte: COWBOYSZONE. 12 Muito além da sala de aula! Vidro embaçado? Já percebeu por que o vidro do carro fica embaçado? Então, nada mais é do que a H₂O em forma de vapor dentro do carro que, ao entrar em contato com o vidro, resfria, isto é, condensa/liquefaz: H2O(v) → H2O(l) Por isso que, para resolver, ligamos o aquecedor do carro. Visto que, o ar aquecido reduz a umidade no interior do carro e ajuda a evaporar a água condensada no vidro, eliminando o embaçamento. Copo Suando? Figura 1.21 - Cerveja – Condensação. Fonte: FAZA BOA. Já percebeu por que o copo fica suando? É a mesma ideia do vidro embaçado que falamos anteriormente. Então, nada mais é do que a H₂O em formade vapor que está no ambiente lá fora. Quando se choca com o copo frio, o ar quente vai do gasoso para o estado líquido, isto é, resfria sofrendo a condensação ou liquefação). H2O(v) → H2O(l) GASEIFICAÇÃO A gaseificação, como o nome sugere, é a formação de gás, porém, em termos industriais. Por exemplo, materiais sólidos (como carvão e biomassa) ou líquidos (como petróleo pesado) são convertidos em gás de síntese, uma mistura rica em energia contendo H₂ e CO. Na prática, em áreas rurais, restos agrícolas, como palha de cana-de-açúcar, casca de arroz ou serragem, são gaseificados para gerar eletricidade e calor. Isso é comum em comunidades que não têm acesso fácil à rede elétrica. Estudaremos posteriormente e vamos ver que é amplamente utilizado para gerar energia elétrica, calor e combustíveis sintéticos, sendo uma alternativa sustentável que aproveita resíduos e reduz emissões, contribuindo para a transição energética global. 9.4 SOLIDIFICAÇÃO Como o nome sugere, há formação de sólidos. Assim, ocorre a mudança do líquido para o sólido. Também chamada de ponto de congelamento. Água congelando, cera de vela e lava vulcânica são bons exemplos de solidificação. É o oposto de fusão, portanto, aqui há resfriamento, isto é, um processo exotérmico. 9.5 SUBLIMAÇÃO Mudança do sólido para o gasoso. Quando for do gasoso para o sólido, chamaremos de ressublimação. Exemplo: naftalina – nosso matador de baratas. Alguns autores consideram o processo inverso de sublimação como sublimação para os dois casos, tanto sólido → gasoso quanto gasoso → sólido. Não vale a pena enlouquecer com isso. 9.6 RESSUBLIMAÇÃO Também chamado de deposição ou sublimação reversa por alguns autores. Não enlouqueça com esses nomes. Mudança do gasoso para o sólido. Exemplo: gelo seco (CO₂ do gasoso para o sólido). Figura 1.23 - Naftalina(Sólido → Gasoso). Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química Geral. Figura 1.24 - CO2(Gasoso → Sólido). Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química Geral. Figura 1.20 - Condensação – Vidro do carro. Fonte: TERRA. Figura 1.22 - Estado físico sólido – Água congelando. Fonte: USBERCO, J.; SALVADOR, E. Química Geral. 13 Muito além da sala de aula! (UFRR) A tabela abaixo apresenta os pontos de fusão e ebulição, em °C, sob pressão de 1 atm, de algumas substâncias. À temperatura de 25°C, quais destas substâncias encontram-se no estado líquido: Mercúrio, Amônia e Naftaleno. Benzeno e Naftaleno. Amônia, Benzeno e Naftaleno. Mercúrio e Benzeno. apenas o Mercúrio. Resolução:. Quando colocamos a substância em determinada temperatura, temos que saber seus pontos, pois PF (sólido → líquido) e PE (líquido → gasoso) como estudamos. Então, sempre ele dará os pontos e você só irá interpretar colocando os valores na temperatura que ELE DIRÁ como referência. Nesse caso, a temperatura de referência é 25°C, assim, mercúrio que tem PF de -38,87°C, com certeza na matemática esse valor que ele colocou ultrapassou os -38, certo? No mínimo ele é líquido. Vamos agora para o PE. O PE do mercúrio é 356°C, assim, se ele foi colocado a 25°C, não atingiu, ficando- se, portanto, no líquido. O mesmo deve ser feito com as outras. Resumindo, temos Hg = líquido, amônia = gasoso (perceba que 25°C ultrapassou tanto do PF quanto do PE), o benzeno ficará líquido e o naftaleno será sólido, assim, o gabarito é a Letra D: CERTO. Ambos, Mercúrio e Benzeno, atingiram seus respectivos pontos de fusão, porém ainda não atingiram o ponto de ebulição e estão, portanto, no estado líquido. Gabarito letra D Entropia(S) - Desordem Entropia (S), como dito acima, é uma medida da desordem ou aleatoriedade em um sistema. Em processos naturais, a entropia tende a aumentar, indicando maior desordem. Existem algumas peculiaridades que não serão abordadas aqui, pois, por ora, é suficiente saber o que foi dito. Na fórmula para entropia, temos calor e variação de temperatura, pois, como vimos há pouco, eles estão relacionados entre si. Veja: Endotérmico x Exotérmico Esses conceitos iniciais de absorção (endo) e liberação (exo) de calor são importantes, porém, vamos aprofundar, pois muitas vezes existem pegadinhas. Vamos entender melhor e, pra isso, temos que aprender a diferença entre sistema e vizinhança. Veja essa imagem: Concluímos então que o sistema é a reação estudada (porção limitada) e a vizinhança é a região próxima ao sistema, que pode interagir com ele ou, na prática, é tudo que não for a reação, certo? Acrescento ainda que, mesmo não estando na imagem, se você ouvir falar de universo, seria, como o nome imprime, tudo: sistema + vizinhança. Processo endotérmico(∆H +) Vimos que o processo absorve energia (calor), certo? Então, ele precisa absorver esse calor de algum lugar (do ambiente). Ou seja, na reação que está absorvendo calor, a temperatura do sistema aumenta, enquanto a do ambiente (que está perdendo esse calor) resfria. Não confunda! Portanto, resumindo, temos: o Reação(sistema): absorve calor (temperatura aumenta). o Vizinhança(fora do sistema): temperatura diminui(sensação de resfriamento). Um bom exemplo seria o perfume, pois, como sabemos, ele tem álcool na sua composição, e o álcool evapora rapidamente devido à sua baixa temperatura de ebulição (78 °C) e à forte interação com o calor da pele. Durante a evaporação, ele absorve energia térmica do corpo, causando sensação de resfriamento. Assim, portanto, é uma reação endotérmica, mesmo tendo esse lance de resfriamento, entende o paradoxo? Processo exotérmico(∆H -) Vimos que o processo libera energia (calor), certo? Então, ele precisa liberar esse calor para algum lugar (o ambiente). Ou seja, na reação que está liberando calor, a temperatura do sistema diminui (resfria), enquanto a do ambiente – que está absorvendo esse calor – aumenta. Não confunda! Portanto, resumindo, temos: o Reação(sistema): libera calor (temperatura diminui). o Vizinhança (fora do sistema): temperatura aumenta (sensação de aquecimento - calor). Um bom exemplo seria a queima (combustão) de algum material. Apesar de aprofundarmos esse conceito mais adiante, toda reação de queima, como o nome sugere, libera calor, sendo exotérmica. Assim, imagine uma fogueira que está queimando, liberando calor, e você sente esse calor. A sua temperatura aumenta, mas, para a reação, como ela está liberando calor, sua temperatura diminui, ou seja, ela está resfriando. Percebe a contradição? Por isso, é importante ficar atento(a). 14 Muito além da sala de aula! Conversões de temperatura Apesar de estarmos no início de química, a partir de agora e até o fim, basicamente tudo pode ser relacionado à temperatura. As duas mais comuns são Celsius e Kelvin. Para transformar de Celsius para Kelvin, basta somar 273, conforme a expressão abaixo: T0C + 273 = TK Por exemplo, 27 °C em Kelvin vale 300 K. Muito fácil. A temperatura que ele for usar, ele vai dizer em qual escala quer, e, quando não diz, nós consideramos Kelvin, pois é a utilizada no Sistema Internacional (SI). Posteriormente, iremos aprofundar. Roupa molhada x vento Você saberia me dizer por que, quimicamente, a roupa molhada seca mais rápido ao vento?Veja, vimos anteriormente que "ao vento" é natural, portanto, estamos falando de evaporação, certo? Sabemos que ela ocorre a qualquer temperatura, e, nesse caso, o vento funciona como uma espécie de "acelerador", pois ele arrasta consigo as moléculas de água, facilitando esse processo. Faz sentido? Veja, a evaporação ocorre na superfície do líquido, e, quando o vento "chega", ele remove essas moléculas, criando um gradiente de concentração que favorece a saída contínua de novas moléculas de água do tecido para o ar. Caso não houvesse o vento, as moléculas iam ficar por ali, dificultando a passagem das "novas moléculas". Ventiladores e secadores funcionam dessa forma também. Ciclo da água No ciclo da água, a água passa por várias mudanças de estado, formando a chuva, nuvem, neve, granizo, neblina e orvalho, em que todos dependem da temperatura e pressão. O ciclo começa com a evaporação: o calor do Sol aquece a água de rios, lagos e oceanos, transformando-a em vapor que sobe até a atmosfera. Portanto, como vimos, é um processo de evaporação, NATURAL e endotérmico. Ao aumentar a altura, fica mais frio (daqui a pouco eu explico), e esse ar que subiu encontra camadas de ar mais frias. Esse vapor (gasoso) irá, portanto, condensar em gotículas (água líquida), formando as nuvens (exotérmico). Se essa condensação ocorresse ao nível do solo, formaríamos o nevoeiro ou neblina. Destaco ainda que as nuvens podem conter partes gasosas e líquidas em suspensão, junto com poeira ou outras moléculas, dependendo da altitude e pressão. O importante é saber que elas vêm da condensação. A neblina ou nevoeiro é como uma nuvem bem próxima ao solo, formada quando o ar, carregado de vapor, encontra uma temperatura mais baixa e se condensa em gotículas finas suspensas, criando um efeito de névoa (por isso o nome). Portanto, a neblina também é a mudança da água do estado gasoso para o líquido (condensação), como se fosse a "irmã" da nuvem, porém, como falei, em baixas altitudes. Por outro lado, existe o orvalho, que ocorre quando o vapor de água no ar se condensa em superfícies frias durante a noite ou no amanhecer, formando gotículas de água. Parece similar à neblina, mas há uma diferença importante: o orvalho ocorre apenas em superfícies e não fica suspenso no ar como a neblina. Então, tanto a neblina, quanto a nuvem, quanto o orvalho são líquidos; a diferença está em que a neblina fica suspensa no ar em altitudes baixas, a nuvem em altitudes altas, enquanto o orvalho se forma em superfícies sólidas. Veja as imagens abaixo para ajudar na compreensão. Em altitudes muito frias, geralmente ocorre em grandes altitudes(já explico), o vapor de água pode sofrer sublimação, passando diretamente para o estado sólido e formando neve. Granizo, por sua vez, é criado dentro de nuvens de tempestade chamadas cumulonimbus, localizadas em grandes altitudes e associadas a fortes correntes de ar ascendentes e descendentes. Essas correntes fazem as bolinhas de gelo acumularem camadas, até ficarem pesadas o suficiente para cair. Ao aumentar sua massa, aumenta sua densidade, ficando maior que a do ar, e, assim, caem no solo. Fazendo um paralelo com a pergunta: "a água do planeta vai acabar?", a resposta é não. Pois, como vimos agora, o ciclo da água mantém a quantidade total de água constante, mas a disponibilidade imediata pode variar devido ao uso excessivo, desperdício e poluição. Figura 1.25 - Ciclo da água. FELTRE, Ricardo. Química Geral. Vol. 1, 6ª ed. São Paulo: Moderna, 2004. p. 44. Figuras 1.26,27,28 – Granizo, Ovalho e Neblina. Fonte: LOUIS RAPHAEL PHOTOGRAPHY. 26.Granizo 27.Ovalho 28.Neblina 15 Muito além da sala de aula! Plasma Ocorre quando uma massa de gás é ionizada em altíssima temperatura, ou seja, ocorre perda de elétrons devido a essa alta temperatura. São exemplos: tv de plasma, lâmpadas fluorescentes e os raios. Não confundir: o raio é a descarga elétrica; o relâmpago é a luz (parte visível); e o trovão é o som. O plasma é conhecido como o quarto estado da matéria. Caso juntássemos a ordem crescente dos estados físicos, agora que vimos todos, teríamos a seguinte ordem: Sólido → Líquido → Gasoso (vapor – gás) → Plasma. Lembre-se de que este sentido é um sentido endotérmico, então já deduzimos “a alta temperatura” e que ele vem após o estado gasoso, afinal é o 4º estado. Mudança espacial? O plasma? As transformações de fase da matéria (como sólido, líquido e gasoso) não alteram a sua composição, mas sim a estrutura espacial, isto é, sua organização. Quando dizemos organização espacial, quer dizer simplesmente a maneira como os átomos se organizam com a mudança de estado físico, ok? Porém, isso não vale para o plasma. Moisa, e por que o plasma não entra? O motivo é que, no plasma, há uma alteração na estrutura, sendo diferente, portanto, dos demais. Como dito, o plasma ocorre quando o gás absorve tanta energia(calor) que a matéria está em condições de energia tão alta (alta temperatura ou campos eletromagnéticos intensos) que os átomos perdem seus elétrons, transformando-se em íons. Portanto, há mudança na eletrosfera, diferente dos demais. Forças intermoleculares Ainda estamos muito novos em química, por ora, saiba que as mudanças de estado físico envolvem ruptura no sentido endotérmico das FORÇAS INTERMOLECULARES, e não das ligações químicas. O contrário é verdadeiro, isto é, no sentido gasoso → líquido → sólido, há uma liberação de calor e, assim, há formação de FORÇAS INTERMOLECULARES, o que aumenta a intensidade delas. Quando falamos em forças intermoleculares, são elas: • Dipolo induzido; • Dipolo-dipolo; • Ligação de hidrogênio; • Íon-dipolo. Ainda é muito cedo para aprofundarmos nesses conceitos. Abaixo, coloquei uma outra imagem para te ajudar: Observe que, na transição do estado gasoso para o líquido, as forças intermoleculares aumentam, favorecendo a aproximação das moléculas, mas as ligações químicas intramoleculares não são afetadas. As ligações que são covalentes ou iônicas dentro das substâncias permanecem inalteradas, pois são elas que definem as características e identidade química da substância. Apenas, portanto, a organização e a proximidade entre as moléculas mudam, isto é, apenas as forças intermoleculares. Esse é o nosso foco para agora. Figura 1.29 - Raios ascendentes registrados no Brasil. Fonte: UFRB. Figura 1.30 – Estados do plasma – maior entropia. Fonte: STEFANI, Giovana. Relatório Final PIBIC 2020-2021. Figura 1.31 – Forças intermoleculares – Estado físico. Fonte: UFMG. 16 Muito além da sala de aula! P.fusão = P.solidificação? O ponto de fusão e o ponto de solidificação acontecem na mesma temperatura, mas, como vimos, indicam mudanças de estado opostas: • Ponto de fusão: é quando um sólido (tipo gelo) vira líquido. Então, vimos que, se você esquenta gelo até 0°C, ele derrete e vira água. Esse é o ponto de fusão. • Ponto de solidificação: é quando um líquido vira sólido. Então, vimos que, se você esfria a água até 0°C, ela congela e vira gelo. Esse é o ponto de solidificação. Conclusão: a temperatura é a mesma, mas o que muda é o processo: aquecendo, o sólido vira líquido (fusão); resfriando, o líquido vira sólido (solidificação).O mesmo é válido para ebulição e liquefação e para todas as substâncias. Dessa forma, o calor envolvido e absorvido na passagem do sólido para o líquido (fusão) é obrigatoriamente igual ao da liberação do líquido para o sólido (solidificação). H2O(s) → H2O(l) ∆H = +6,01 kJ/mol H2O(l) → H2O(s) ∆H = -6,01 kJ/mol Perceba que os sinais são diferentes do calor: endotérmico é positivo, e exotérmico é negativo, mas o calor é o mesmo. Quantidade de calor Apesar de já termos discutido, visualize que, caso fosse abordada a passagem do sólido para o gasoso diretamente, com certeza absorveria mais energia do que a passagem do líquido para o gasoso, certo? Isso ocorre porque os estados físicos são bem diferentes; assim, seria necessário mais calor no sentido endotérmico. O mesmo é válido para o sentido exotérmico, em que iríamos liberar mais calor. Perceba abaixo. A água evapora antes de 1000C? Sim, a evaporação da água ocorre a temperaturas abaixo de 100 °C, inclusive à temperatura ambiente. Entenda que não estamos falando de ebulição, e sim de evaporação; são diferentes. Para a ebulição, com certeza, ocorre a 100 °C. Isso acontece independentemente da temperatura, desde que algumas moléculas tenham energia cinética suficiente para romper, como nós estudamos anteriormente, as forças intermoleculares, passando do líquido para o gasoso. A evaporação, como destacamos, é lenta, então isso acontece apenas com algumas moléculas, não com todas de água. Assim, em 25 °C (temperatura ambiente), moléculas de água na superfície podem evaporar, mesmo que a maioria ainda esteja no estado líquido. Isso é mais comum do que você imagina. Veja esses exemplos do cotidiano que separei: o Secagem de roupas: Mesmo em dias frios, como vimos anteriormente, as roupas secam, e com certeza você sabe que não chegou a 100 °C no seu varal, certo? Assim, isso ocorreu porque as moléculas de água evaporam continuamente, embora de forma mais lenta. o Refrigeração por suor: O suor evapora da pele, mesmo em temperaturas corporais, resfriando o corpo. E o seu corpo não chega a 100 °C, mesmo você sendo um ninja, rsrsrsrss. Então, é mais comum do que parece. Moisa, está correto dizer que o álcool (e todos os líquidos) evaporam, em partes, antes de atingir seu ponto de ebulição? Sim, a evaporação é um processo contínuo e independente do ponto de ebulição, que depende, como vimos, da energia das moléculas na superfície do líquido e da pressão de vapor, que posteriormente vamos aprofundar. Isso é uma propriedade universal dos líquidos e pode ser aplicada a qualquer substância. Abaixo, coloquei as principais diferenças entre evaporação e ebulição: Evaporação: o Somente as moléculas na superfície do líquido escapam para formar vapor. o É um processo gradual, dependente da temperatura, pressão e da área de exposição ao ar. o Ocorre em qualquer temperatura. o É um processo de superfície. o Algumas moléculas escapam, enquanto outras permanecem no líquido. Ebulição: o Ocorre somente no ponto de ebulição. o A fase gasosa inicial normalmente é vapor, mas, dependendo da condição, pode ser gás. o Sempre que muda a pressão, muda o ponto de ebulição. o É um processo que forma bolhas de vapor no interior do líquido. o Requer que a pressão de vapor do líquido iguale a pressão externa. 17 Muito além da sala de aula! Diagrama de fase “normal” Diagrama de fases, nada mais é do que gráfico representação das fases da matéria que nós estudamos agora, isto é, sólida, líquida, gasosa e acrescentando o fluido supercrítico(jajá eu mostro) em função da pressão e da temperatura. Cada linha e ponto têm um significado específico, indicando as condições onde ocorrem as mudanças de estado físico. Esses gráficos mostram, por exemplo, que conseguimos mudar o estado físico sem mexer necessariamente na temperatura, mas sim na pressão, como no caso do vapor em líquido só aumentando a pressão. Veja a figura acima. Para ajudar a aprender o gráfico, tente imaginá-lo como um cálice. Logo, quem está dentro do cálice será o vinho, ou seja, líquido. Antes vem o sólido e, após, vem o gás. Ou simplesmente, lembre-se de que do sentido esquerda pra direita a gente sempre vai de sólido para gasoso. Perceba que eu chamei o título de diagrama de fase “normal”, pois, apenas para a água, algumas coisas serão diferentes devido ao seu comportamento anômalo. Já já exploraremos a água. Os “normais” serão divididos em duas partes: temperatura e, depois, pressão. Vamos lá. Analisando a temperatura o Seta 1 (Sólido → Líquido): Fusão. Perceba que há aumento da temperatura em pressão constante até que o sólido derreta e vire líquido. o Seta 2 (Líquido → Sólido): Solidificação. É o oposto. Perceba que reduz-se a temperatura em pressão constante, transformando o líquido em sólido. o Seta 3 (Líquido → Gasoso): Vaporização (ebulição). Perceba que a temperatura aumenta, atingindo o ponto de ebulição para aquela pressão constante. o Seta 4 (Gasoso → Líquido): Condensação. É o oposto. Perceba que com a pressão constante e a temperatura diminuindo, permite a transição do estado gasoso para o líquido. o Seta 5 (Sólido → Gasoso): Sublimação. A temperatura aumenta, fazendo o sólido transformar- se diretamente em gás em pressão constante. o Seta 6 (Gasoso → Sólido): Deposição ou ressublimação. É o oposto. Ocorre quando o gás perde energia térmica e passa diretamente ao estado sólido com a pressão constante. Analisando a pressão Moisa, é possível mudar o estado físico sem mexer na temperatura? Sim. E por que isso acontece? Porque o que define os estados físicos, como vimos, é o grau de organização das moléculas. Ou seja, se eu mexer na temperatura e/ou na pressão, alterarei na organização dos átomos que é o estado físico. Faz sentido? A pressão, apesar de ser um fator mais raro, funciona de maneira análoga à temperatura, pois, assim como a temperatura, ela altera o grau de organização das moléculas e, como consequência, modifica o estado físico. Estados físicos, geralmente, seguem o mesmo princípio. Então, não adianta decorar; o importante é entender o conceito. Vamos ver isso no gráfico. o Seta sentido 1→2 (Sólido → Gasoso): Sublimação Perceba que é possível transformar do sólido para o gasoso, sem variar a temperatura, diminuindo a pressão. o Seta sentido 2→1 (Gasoso → Sólido): Ressublimação É o oposto. É possível transformar do gasoso para o sólido, sem variar a temperatura, aumentando a pressão. o Seta sentido 3→4 (Líquido → Gasoso): Vaporização É possível transformar do líquido para o gasoso, sem variar a temperatura, diminuindo a pressão. o Seta sentido 4→3 (Gasoso → Líquido): Condensação É possível transformar do gasoso para o líquido, sem variar a temperatura, aumentando a pressão. o Seta sentido 6→5(Líquido → Sólido): Solidificação. Perceba que é possível transformar do líquido para o sólido, sem variar a temperatura, aumentando a pressão. o Seta sentido 5→6(Sólido → Líquido): Fusão. Perceba que é possível transformar do sólido para o líquido, sem variar a temperatura, diminuindo a pressão. As substâncias normais não conseguem se transformar do sólido para o líquido apenas aumentando a pressão, como veremos no caso da água, onde isso ocorre devido ao seu comportamento anômalo. No gráfico acima não ocorre. Leve isso em consideração, pois