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Química 1 MATÉRIA E ENERGIA PROPRIEDADES GERAIS DA MATÉRIA Uma propriedade é uma característica pela qual uma substância pode ser descrita. Essas propriedades podem ser físicas ou químicas, por exemplo, cor, gosto, massa, etc. Iremos trabalhar com alguns conceitos importantes comuns a todo tipo de matéria. Mas, o que é MATÉRIA? Matéria significa tudo o que possui massa e ocupa lugar no espaço. Corpo – quantidade limitada de matéria Ex. Tora de madeira, pedaço de rocha, látex de seringueira (matéria-prima da borracha). Fonte:http://1.bp.blogspot.com/- fw_J3bBIcIY/UKOciJ2tIlI/AAAAAAAAuQA/- 0a82gIcjlo/s320/Sumauma2.jpg Fonte:http://2.bp.blogspot.com/- mjA6vDBp_68/TpHGTTGH8CI/AAAAA AAAAVQ/hhzemaflM5M/s1600/P9240 149.JPG Fonte:http://www.mundoeducacao.com/uplo ad/conteudo_legenda/4b1599a1332ab239ae 1080309275836c.jpg Objeto – corpo modificado para certa finalidade. Ex. Fonte:http://www.decorlazer.com.br/ecomm erce_site/arquivos5287/arquivos/128587367 01.jpg Fonte:http://www.luizphilippe.com/wp- content/uploads/2009/09/malas1.jpg Fonte:http://www.inovacaotecnologic a.com.br/noticias/imagens/01012512 0720-pneu-borracha-natural.jpg 8º ANO Frente B QUÍMICA Professor: Irondes Química 2 Massa: é a medida da quantidade de matéria. Unidades de massa: Múltiplos Unidade principa l Submúltiplos Quilogram a Hectogram a Decagram a Grama Decigram a Centigram a Miligram a kg hg dag g dg cg mg 1000g 100g 10g 1g 0,1g 0,01g 0,001g A unidade fundamental de massa chama-se quilograma. O quilograma (kg) é a massa de 1,0 dm3 de água destilada à temperatura de 4ºC. Apesar de o quilograma ser a unidade fundamental de massa, utilizamos na prática o grama como unidade principal de massa. Diferença entre peso e massa É importante diferenciar massa de peso. O peso é uma força calculada pelo produto da massa pela gravidade do ambiente. P = m x g Sendo: P = peso (N) m = massa (Kg) g = aceleração da gravidade (m/s2) A massa do homem na Terra ou na Lua tem o mesmo valor. O peso, no entanto, é seis vezes maior na terra do que na lua. Explica-se esse fenômeno pelo fato da gravidade terrestre ser aproximadamente seis vezes superior à gravidade lunar. Fonte: http://hypescience.com/wp-content/uploads/2011/03/terraelua.jpg Química 3 SISTEMA Um corpo submetido à observação é denominado sistema, e tudo que o rodeia é denominado meio ambiente. Os sistemas podem ser classificados como: abertos, fechados e isolados. Sistemas abertos - são sistemas que trocam matéria e energia como meio. exemplo: um copo com água (pode perder água por evaporação e trocar calos com o meio. Sistemas fechados - trocam apenas energia com o meio. Ex. o pneu de um carro devidamente tapado (não permite que o ar escape, mas troca calor com o meio) Sistemas isolados - não trocam matéria e nem energia com o meio. http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/03/sistemas-abertos-fechados-e-isolados.jpg Acesso em 26/01/2019 Propriedades da matéria O que define a matéria são suas propriedades. Existem as propriedades gerais e as propriedades específicas. As propriedades gerais são comuns para todo tipo de matéria e não permitem diferenciar uma da outra. São elas: massa, peso, inércia, elasticidade, compressibilidade, extensão, divisibilidade, impenetrabilidade. Massa – medida da quantidade de matéria de um corpo. Determina a inércia e o peso. Inércia – resistência que um corpo oferece a qualquer tentativa de variação do seu estado de movimento ou de repouso. O corpo que está em repouso, tende a ficar em repouso e o que está em movimento tende a ficar em movimento, com velocidade e direção constantes. Peso – é o produto da massa do corpo pela força gravitacional. Elasticidade – propriedade onde a matéria tem de retornar ao seu volume inicial após cessar a força que causa a compressão. Compressibilidade – propriedade onde a matéria tem de reduzir seu volume quando submetida a certas pressões. Extensão – propriedade onde a matéria tem de ocupar lugar no espaço. Química 4 Divisibilidade – a matéria pode ser dividida em porções cada vez menores. Impenetrabilidade – dois corpos não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo. As propriedades específicas são próprias para cada tipo de matéria, diferenciando- as umas das outras. Podem ser classificadas em organolépticas, físicas e químicas. As propriedades organolépticas podem ser percebidas pelos órgãos dos sentidos (olhos, nariz, língua). São elas: cor, brilho, odor e sabor. As propriedades físicas são: ponto de fusão e ponto de ebulição, solidificação, liquefação, calor específico, densidade absoluta, propriedades magnéticas, maleabilidade, ductibilidade, dureza e tenacidade. Ponto de fusão– é a temperatura onde a matéria passa da fase sólida para a fase líquida sob determinada pressão. Ponto de solidificação – é a temperatura em que a substância passa da fase líquida para a fase sólida sob certa pressão. Ponto de ebulição e de liquefação – são as temperaturas onde a matéria passa da fase líquida para a fase gasosa e da fase gasosa para a líquida, respectivamente sob determinada pressão. Calor específico – é a quantidade de calor necessária para aumentar em 1 grau Celsius (ºC) a temperatura de 1,0 grama de massa de qualquer substância. Pode ser medida em calorias. Densidade absoluta – relação entre massa e volume de um corpo. Propriedade magnética – capacidade que uma substância tem de atrair pedaços de ferro (Fe) e níquel (Ni). Maleabilidade – é a propriedade que permite à matéria ser transformada em lâmina. Característica dos metais. Ductibilidade – capacidade que a substância tem de ser transformada em fios. Característica dos metais. Dureza – é determinada pela resistência que a superfície do material oferece ao risco por outro material. O diamante é o material que apresenta maior grau de dureza na natureza. Química 5 Tenacidade – é a resistência que os materiais oferecem ao choque mecânico, ou seja, ao impacto. Resiste ao forte impacto sem se quebrar. As propriedades químicas são as responsáveis pelos tipos de transformação que cada substância é capaz de sofrer. Estes processos são as reações químicas. Um pouco mais sobre a densidade: Fonte: http://www.brasilescola.com/quimica/densidade.htm Acesso em 26/01/2019 A diferença de densidade é a propriedade que mantém os líquidos da figura separados. A densidade é uma propriedade específica de cada material que serve para identificar uma substância. Essa grandeza pode ser enunciada da seguinte forma: A densidade é a relação entre a massa de um material e seu volume. Matematicamente, a expressão usada para calcular a densidade é dada por: � = � � Em que: m = massa do material V = volume do material d = densidade do material A unidade de densidade no SI é o quilograma por metro cúbico (kg/m3), embora as unidades mais utilizadas sejam o grama por centímetro cúbico (g/cm3) ou o grama por mililitro (g/mL). Para gases, costuma ser expressa em gramas por litro (g/L). Conforme se observa na expressão matemática da densidade, ela é inversamente proporcional ao volume, isto significa que quanto menor o volume ocupado por determinada massa, maior será a densidade. Para entendermos como isso se dá na prática, Química 6 pense, por exemplo, na seguinte questão: o que pesa mais, 1 kg de chumbo ou 1 kg de algodão? Na realidade, eles possuem a mesma massa, portanto, o “peso” deles é o mesmo. Porém, a diferença consiste na densidade, pois 1 kg de chumbo se concentra em um volume muito menor que 1 kg de algodão. A densidade do algodão é pequena, porque sua massa se espalha em um grande volume. Desse modo, vemosque a densidade de cada material depende do volume por ele ocupado. E o volume é uma grandeza física que varia com a temperatura e a pressão. Isso significa que, consequentemente, a densidade também dependerá da temperatura e da pressão do material. Um exemplo que nos mostra isso é a água. Quando a água está sob a temperatura de aproximadamente 4ºC e sob pressão ao nível do mar, que é igual a 1,0 atm, a sua densidade é igual a 1,0 g/cm3. No entanto, no estado sólido, isto é, em temperaturas abaixo de 0ºC, ao nível do mar, a sua densidade mudará – ela diminuirá para 0,92 g/cm3. Note que a densidade da água no estado sólido é menor que no estado líquido. Isso explica o fato de o gelo flutuar na água, pois outra consequência importante da densidade dos materiais é que o material mais denso afunda e o menos denso flutua. Para compararmos essa questão, veja a figura abaixo, na qual temos um copo com água e gelo e outro copo com uma bebida alcoólica e gelo: Fonte: http://www.brasilescola.com/quimica/densidade.htm Acesso em 26/01/2019 Observe que o gelo flutua quando colocado na água e afunda quando colocado em bebidas alcoólicas. A densidade é a grandeza que explica esse fato. Conforme já dito, a densidade do gelo (0,92 g/cm3) é menor que a da água (1,0 g/cm3); já a densidade do álcool é de 0,79 g/cm3, o que significa que é menor que a densidade do gelo, por isso o gelo afunda. Outra questão que pode ser observada na ilustração é que o gelo não fica totalmente acima da superfície da água. Isso ocorre porque, comparando a densidade do gelo com a da água, podemos calcular pela diferença entre elas que é necessário apenas 92% do volume do gelo para igualar a massa de água que ele desloca. Dessa forma, 92% do volume do gelo ficam abaixo da superfície da água; e apenas 8% ficam acima da superfície. É por isso que os icebergs são tão perigosos para a navegação. Química 7 Fonte: http://www.brasilescola.com/quimica/densidade.htm Acesso em 26/01/2019 É em razão disso que várias espécies animais e vegetais sobrevivem, pois em épocas frias a água da superfície de mares e lagos se congela. Quando a temperatura aumenta, esse gelo derrete. No entanto, se o gelo formado afundasse, ficando no fundo dos lagos e mares, o resultado seria que dificilmente esse gelo derreteria e em pouco tempo as vidas das espécies nessas regiões estariam comprometidas. A seguir temos as densidades de algumas substâncias do nosso cotidiano: Leite integral...........................1,03 g/cm3 Alumínio ................................ 2,70 g/cm3 Diamante .................................3,5 g/cm3 Chumbo...................................11,3 g/cm3 Mercúrio .................................13,6 g/cm3 Adaptado de http://www.brasilescola.com Acesso em 26/01/2019 Exercícios de aprendizagem 1 - O que são propriedades gerais da matéria? 2 - Qual o conceito de matéria? 3 - Toda matéria possui extensão? 4 - Cite exemplos do seu dia a dia de objetos que possuem um grande volume e uma pequena massa. 5 - De exemplos de objetos que possuem um volume pequeno e uma massa elevada. 6 - Qual a definição de energia? 7 - Indique exemplos dos diferentes tipos de energia. Exemplo: energia eólica Exercícios fixação Questão 01) Ao adicionar um ovo de galinha a um recipiente contendo água, o ovo vai para o fundo. Em seguida, à medida que se coloca salmoura nesse recipiente, observa-se que o ovo flutua na superfície da solução obtida. Química 8 O ovo flutua após a adição de salmoura porque: a) A densidade da solução é menor que a do ovo. b) A densidade da solução é maior que a do ovo. c) A densidade do ovo diminui. d) A densidade do ovo aumenta. Questão 02) Boiar no Mar Morto: luxo sem igual É no ponto mais baixo da Terra que a Jordânia guarda seu maior segredo: o Mar Morto. Boiar nas águas salgadas do lago formado numa depressão, a 400 metros abaixo do nível do mar, é a experiência mais inusitada e necessária dessa jornada, mas pode estar com os anos contados. A superfície do Mar Morto tem encolhido cerca de 1 metro por ano e pode sumir completamente até 2050. Camila Anauate. O Estado de São Paulo. Fonte: http://www.estadao.com.br/noticias/suplementos,boiar-no-mar- morto-luxo-semigual, 175377,0.htm. Acessado em 08/08/2011 A alta concentração salina altera uma propriedade da água pura, tornando fácil boiar no Mar Morto. Assinale a alternativa correspondente a essa alteração. a) Aumento da tensão superficial. b) Aumento da densidade. c) Aumento da pressão de vapor. d) Aumento da temperatura de ebulição. e) Aumento da viscosidade. Questão 03) A água é um recurso natural fundamental para a existência da vida. Mesmo sendo tão importante, existem inúmeras situações que causam a poluição das nossas águas. Considerando a densidade da água, à temperatura ambiente, igual a 1 g/mL, quais dos poluentes da tabela abaixo flutuariam na sua superfície. Observe os dados da tabela ao fazer sua análise. 13,60Mercúrio 2,10pirex Vidro 0,90comestível Óleo 0,80Gasolina ambiente atemperatur à (g/mL) Densidade Poluente Química 9 a) Vidro pirex e mercúrio. b) Gasolina, óleo comestível e vidro pirex. c) Gasolina e óleo comestível. d) Mercúrio e gasolina. e) Óleo comestível, gasolina e mercúrio. Questão 04) Na figura abaixo, o ovo se desloca, pois: a) A adição de sal alterou a densidade da solução. b) O cloreto de sódio é um composto iônico. c) Sal e a água formam uma mistura homogênea. d) Ocorre o aumento da pressão de vapor do solvente. Questão 05) Combustão ou queima envolve a interação entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), geralmente o oxigênio, para liberar calor e luz. Durante a reação de combustão, são formados diversos produtos resultantes da combinação dos átomos dos reagentes. No caso da queima em ar de hidrocarbonetos (metano, propano, gasolina, etanol, diesel etc.) são formados centenas de compostos, por exemplo CO2, CO, H2O, H2,CH4, NOx, SOx, fuligem etc., sendo que alguns desses compostos são os principais causadores do efeito estufa, da chuva ácida e de danos aos ciclos biogeoquímicos do planeta. Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/ Combust%c3%a3o Os processos ocorrentes envolvendo a combustão podem ser considerados: a) processos físicos. b) processos físico-químicos. c) processos químicos. d) processos biológicos. e) processos matemáticos. Questão 06) Uma turma de estudantes de uma escola participou de uma atividade denominada “Tudo o que se vê não é igual ao que a gente viu há um segundo” em um laboratório de uma universidade. Essa atividade envolvia a realização de quatro experimentos (I, II, III e IV). O relato dos procedimentos dessa atividade experimental está descrito a seguir: I. Submergiu-se uma palha de aço em uma solução de sulfato de cobre, e, rapidamente, a superfície desse material ficou com uma tonalidade vermelho amarronzada. II. Arrastou-se um bastão de vidro no fundo do béquer contendo uma solução saturada de CuSO4, e, instantaneamente, observou-se uma rápida deposição de muitos cristais. Química 10 III. Adicionou-se, sob agitação, magnésio em pó a um balão de destilação contendo uma solução de brometo de etila em éter etílico. Inicialmente, a mistura ficou heterogênea, com um tom cinza, mas, muito rapidamente, tornou-se límpida, incolor e transparente. IV. Transferiu-se um pequeno volume de ácido sulfúrico concentrado para um béquer comprido contendo um pouco (uma colher) de sacarose (C12H22O11). Imediatamente, verificou-se a produção de fumaça e a formação de um sólido preto que ocupou todo o volume da vidraria. Em quais desses experimentos ocorreu uma transformação química? a) I e II, apenas. b) I e IV, apenas. c) II e III, apenas. d) III e IV, apenas. e) I, III e IV, apenas. Questão 07) A transpiração é um fenômeno queauxilia na manutenção da temperatura do corpo, visto que a mudança de fase do suor consome energia térmica. Trata-se de um fenômeno: a) químico endotérmico. b) químico exotérmico. c) químico homeotérmico. d) físico endotérmico. e) físico exotérmico. Questão 08) Indique três propriedades gerais da matéria. Questão 09) Indique três propriedades específicas da matéria. SOLUÇÕES Soluções são misturas homogêneas. Toda solução é formada por um soluto e um solvente. Fonte: http://www.soq.com.br/conteudos/ef/agua/p1_clip_image006.jpg Acesso em 14/01/2016 Após a dissolução o soluto é perfeitamente dissolvido formando um sistema homogêneo (apenas uma fase). Química 11 A partir de agora vamos adotar alguns conceitos referentes aos componentes da solução para facilitar o nosso trabalho em soluções. São eles: 1 - Soluto: componente em menor quantidade de matéria. É dissolvido pelo solvente. Adotaremos índice 1 para referirmos ao soluto. 2 - Solvente: componente em maior quantidade de matéria. Dissolve o soluto. Vamos adotar índice 2 para identificarmos o solvente. As soluções podem ser classificadas em: a) Quanto à fase: Soluções Gasosas: * solvente gasoso + soluto gasoso ex.: Ar filtrado Soluções Líquidas: * solvente líquido + soluto gasoso * solvente líquido + soluto líquido * solvente líquido + soluto sólido Exemplo: Salmoura (água + sal) Soluções Sólidas: * solvente sólido + soluto gasoso * solvente sólido + soluto líquido * solvente sólido + soluto sólido Exemplo: Ouro – 18 (75% Au + 25% outros metais) b) - Quanto a condução de corrente elétrica * Moleculares- Não conduzem corrente elétrica. Não apresentam íons dissolvidos. Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/aulas/13580/imagens/slide2.jpg Acesso em 14/01/2016 Química 12 * Iônicas- Conduzem corrente elétrica. Apresentam íons dissolvidos. Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/discovirtual/galerias/imagem/0000000062/0000003672.jpg Acesso em 14/01/2016 c)- Quanto a quantidade de soluto * Diluídas - muito solvente em relação ao soluto * Concentradas - pouco solvente em relação ao soluto Coeficiente de Solubilidade Trata-se da quantidade máxima de soluto que se dissolve em uma quantidade padrão de solvente a certa temperatura. O coeficiente de solubilidade de uma certa substância pode aumentar ou diminuir com a variação da temperatura. Veja a solubilidade do NaCl a 25 0C: 36g NaCl/100g H2O (25°C) Assim para dissolvermos 36g de NaCl sob 25°C precisaremos de 100g de H2O. Para dissolvermos 72g de NaCl sob 25°C precisaremos de 200g de H2O e assim por diante. Veja um gráfico que representa a variação da solubilidade de um sal em água em função da variação da temperatura: Fonte: http://www.vestibulandoweb.com.br/quimica/teoria/curva-de-solubilidade-1.jpg Acesso em 14/01/2016 Química 13 Observe que à medida que a temperatura sobe, aumenta-se a solubilidade do sal. A partir da solubilidade de uma solução podemos classificar uma solução em: a) Insaturada - possui uma quantidade menor do soluto do que a proposta pelo coeficiente de solubilidade. É estável não apresentando corpo de chão. b) Saturada - apresenta quantidade de soluto dissolvido igual a proposta pelo coeficiente de solubilidade. É estável apresentando ou não corpo de chão. c) Supersaturada - possui quantidade de soluto dissolvido superior à proposta pelo coeficiente e solubilidade a certa temperatura. É muito instável podendo tornar-se saturada com corpo de chão por uma simples perturbação do sistema. Concentrações As expressões de concentração servem para indicar a quantidade de soluto dissolvido em certa quantidade de solução. Concentração comum ou em massa Indica a relação entre a massa de soluto dissolvida e o volume da solução. Pode ser dada pela seguinte equação: )( 1 lV m C Onde: C = concentração comum m1 = massa do soluto V = volume da solução A concentração é diretamente proporcional a massa do soluto e inversamente proporcional ao volume da solução. Exemplo: 1 - Para adoçar o seu cafezinho, uma pessoa usou 34,2g de sacarose (C12H22O11). Sabendo que o volume de cafezinho é igual a 50 ml, calcule a concentração da sacarose em g/l. Resolução: O volume tem que ser transformado para litros: 50ml / 1000 = 0,05 L Podemos aplicar a fórmula: � = ��, � �,� � = 684g/L Química 14 Título e Porcentagem em massa Indicam a quantidade de massa de soluto dissolvida em certa massa de solução. Veja as equações: 100.)%/( 1 m m VmP m m T 1 onde: T = título P(m/V)% = porcentagem em massa m1 = massa do soluto m = massa da solução Os tópicos apresentados acima podem, também, ser expressos em volume. Para isso substitui-se nas equações: m1 porV1 e m por V. É importante lembrar que m = m1 + m2, ou seja, a massa da solução é a soma das massas do soluto e do solvente. Densidade de uma solução Indica a razão entre a massa de uma solução e seu respectivo volume. É dada por: V m d Onde: d = densidade da solução; m = massa da solução; V = volume da solução, geralmente, expresso em ml. Quando dizemos que uma solução é muito densa estamos indicando que sua massa ocupa um volume relativamente pequeno. Exercícios de Aprendizagem 1 - A tabela a seguir fornece os valores de solubilidade do cloreto de sódio e do hidróxido de sódio, em água, a diferentes temperaturas: Química 15 As informações anteriores e os conhecimentos sobre soluções permitem concluir: (01) Soluções são misturas homogêneas. (02) Solução saturada é uma mistura heterogênea. (04) O hidróxido de sódio é mais solúvel em água que o cloreto de sódio. (08) Soluções concentradas são soluções saturadas. (16) Quando se separa o soluto do solvente, são obtidas substâncias diferentes daquelas que foram inicialmente misturadas. 2 - Considere as seguintes soluções: I. 10g de NaCl em 100g de água. II. 10g de NaCl em 100ml de água. III. 20g de NaCl em 180g de água. IV. 10 mols de NaCl em 90 mols de água. Destas soluções, tem concentração 10% em massa de cloreto de sódio: a) Apenas I b) Apenas III c) Apenas IV d) Apenas I e II e) Apenas III e IV. 3 - Em um balão volumétrico de 400mL, são colocados 18g de cloreto de sódio e água suficiente para atingir a marca do gargalo. A concentração dessa solução será igual a: a) 18 g/mL. b) 18 g/L. c) 45 g/mL. d) 45 g/L. e) 4,5 g/L. 4 - Um químico dissolveu 60g de açúcar em água suficiente para 800 mL de solução. Em seguida, colheu uma amostra de 10mL dessa mistura. Qual é a massa de açúcar contida na amostra? 5 - Uma salmoura, mistura de água e sal, contém 10% de NaCI. Em 1,5kg dessa mistura, você encontrará: a) 150g de água b) 0,15g de sal c) 1350 g de sal Química 16 d) 1500 g de água e) 1350 g de água 6 - Uma xícara contém 90g de café com leite. Considerado que você adoce essa mistura com duas colheres de chá contendo 5g de açúcar cada uma, a porcentagem em massa de açúcar comum será: a) 12,5% b) 10% c) 6,25% d) 5% e) 25% 7 - Para uma solução de NaCl de massa 50g, apresentando volume 48 ml. Determine a densidade da mesma: 8 - A curva de solubilidade do KNO3 em função da temperatura é dada a seguir. Se a 20°C misturarmos 50g de KNO3 com 100g de água, quando for atingido o equilíbrio teremos a) um sistema homogêneo. b) um sistema heterogêneo. c) apenas uma solução insaturada. d) apenas uma solução saturada. e) uma solução supersaturada. 9 – A partir do diagrama a seguir, que relaciona a solubilidade de dois sais A e B com a temperatura são feitas as afirmações: I - Existe uma única temperatura na qual a solubilidade de A é igual à de B. Química 17 II - A 20°C,a solubilidade de A é menor que a de B. III - A 100°C, a solubilidade de B é maior que a de A. IV - A solubilidade de B mantém-se constante com o aumento da temperatura. V - A quantidade de B que satura a solução à temperatura de 80°C é igual a 150g. Somente são corretas: a) I, II e III. b) II, III e V. c) I, III e V. d) II, IV e V. e) I, II e IV. 10 - No preparo de solução alvejante de tinturaria, 521,5g de hipoclorito de sódio são dissolvidos em água suficiente para 10,0 litros de solução. Determine a concentração da solução obtida em g/L. 11 - O Propilenoglicol, C3H8O2 é um líquido utilizado como umectante de doces, produtos de cacau e carne. Para se preparar 100ml de solução 20g/L de Propilenoglicol, a massa a ser pesada deverá ser de: (Dados:C = 12 ; O = 16 ; H = 1) a) 228 g. b) 10,8 g. c) 108 g. d) 22,8 g. e) 2,00 g. 12 - Em 200g de solução alcoólica de fenolftaleína contendo 8,0% em massa de soluto, quantos gramas de álcool há na solução? 13 – (UFSC) Existem diversas maneiras de expressar a concentração de uma solução. Dentre elas destacamos a concentração em g/L. Seja uma solução aquosa de Al2(SO4)3 de concentração 102,6 g/Litro. Qual amassa soluto em 3,0L dessa solução? 14 - Qual é a massa, em gramas, de hidróxido de sódio necessária para se preparar 350 mL de uma solução aquosa 80 g/L? 15 – (UFSCAR) Para o combate da dengue, as Secretarias de Saúde orientam as pessoas para que não deixem água parada em vasos e plantas; estas devem ser regadas com solução de água sanitária contendo cerca de uma colher de sopa de água sanitária por litro de água. Um litro de água sanitária contém cerca de 30g de hipoclorito de sódio (NaClO). Qual é o teor percentual em massa de NaClO na água sanitária que tem densidade igual a 1,0 g/mL? Química 18 16 – (UNESP) O ácido sulfúrico (H2SO4) é um líquido viscoso, muito corrosivo, oxidante e higroscópico. Além da sua utilização em baterias de automóveis, preparação de corantes, tintas e explosivos, este ácido pode ser utilizado, quando diluído adequadamente, na remoção de camadas de óxidos depositados nas superfícies de ferro e aço (decapante). A solução aquosa concentrada deste ácido apresenta densidade igual a 1,80 g/mL, sendo 98% m/m (massa percentual) em H2SO4. Calcule a concentração, em g/L), da solução concentrada de ácido sulfúrico. 17 - Dois comprimidos de aspirina, cada um com 0,36g deste composto, foram dissolvidos em 200mL de água. Calcule a concentração da aspirina nesta solução, em mg/L. 18 - As baterias dos automóveis são cheias com solução aquosa de ácido sulfúrico. Sabendo-se que essa solução contém 38% de ácido sulfúrico em massa e densidade igual a 1,29g/cm3, pergunta-se: Qual é a concentração do ácido sulfúrico em kg/L? 19 – (Mackenzie) A massa dos quatro principais sais que se encontram dissolvidos em 1 litro de água do mar é igual a 30g. Num aquário marinho, contendo 2.105 cm3 dessa água, qual a quantidade de sais nela dissolvidos ? 20 – Sabendo que o coeficiente de solubilidade do NaCl é 36g de NaCl/100g de H2O à 25°C, determine a massa de NaCl que se dissolve em 450g de água nessa temperatura. 21 – Considerando ainda: 36g de NaCl/100g de H2O à 25°C, determine quanto de água deve ser utilizada para dissolver 180g de Na Cl a 25°C. 22 – O KNO3 apresenta coeficiente de 65g/100g de H2Oa 30°C. se dissolvermos 300g do sal em 500g de água, formará corpo de fundo? Justifique. 23 – As instruções da bula de um medicamento usado para hidratação estão resumidas no quadro, a seguir. a) Calcule a concentração de potássio, em mg/L, na solução preparada segundo as instruções da bula. b) Quais são as substâncias do medicamento que explicam a condução elétrica da solução do medicamento? Justifique sua resposta. Química 19 Diluição de Soluções Quando diluímos uma solução, na verdade, estamos acrescentando solvente e mantendo a massa do soluto, consequentemente, estamos diminuindo a concentração da solução. Fonte:http://www.mundoeducacao.com/upload/conteudo/images/diluicao.jpg Geralmente a equação que relaciona a concentração da solução antes da diluição com a concentração após a adição de solvente é dada por: VCVC ii .. Onde: Ci= concentração inicial Vi = volume inicial C = concentração final V = volume final OBS1: A equação anterior pode ser utilizada para calcular os diferentes tipos de concentração, como: concentração comum, molar e etc. Lembrando que deve-se ter o cuidado de observar as unidades de medida para as concentrações que você está trabalhando. OBS2: o volume final da solução pode ser dado por: V = Vi + Vac Onde: V = volume final; Vi = volume inicial; Vac = volume de solvente acrescentado. Para aumentarmos a concentração de uma solução sem alterar a massa do soluto presente na solução. Química 20 Para concentrarmos uma solução utilizamos o método da evaporação, que consiste em evaporar solvente por aquecimento. O cálculo da concentração final segue o mesmo procedimento da diluição. Deve-se observar, porém, que o volume final será determinado pela equação V = Vi – Vev onde Vev é o volume de solvente evaporado. Exercícios de Aprendizagem 1 - Qual a massa de Na2SO4 , em gramas, necessária para preparar 100mL de uma solução 40g/L? Qual o volume de água, em mL, necessário para diluir 10mL desta solução, transformando-a em 5g/L? 2 – Diluição é uma operação muito empregada no nosso dia-a-dia, quando, por exemplo, preparamos um refresco a partir de um suco concentrado. Considere 100mL de determinado suco em que a concentração do soluto seja de 50g/L. Qual deve ser o volume de água, em mL, que deverá ser acrescentado para que a concentração do soluto caia para 8g/L? 3 - A partir de uma solução de hidróxido de sódio na concentração de 25 g/L, deseja-se obter 125mL dessa solução na concentração de 10 g/L. Calcule, em mililitros, o volume da solução inicial necessário para esse processo. Despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista. 4 - Considerando que 150 mL de solução de glicose, cuja concentração é igual a 270 g/L, foram diluídos para 450 mL de solução, calcule o valor da concentração final: a) 90 g/L b) 300 g/L c) 810 g/L d) 135 g/L e) 30 g/L 5 – (PUC-RS) Necessita-se preparar uma solução de fluoreto de sódio de concentração igual a 12,6g/L, aproveitando 200mL de uma solução 40g/L do mesmo sal. Para isso, qual o volume de água que se deve adicionar? Termoquímica Termoquímica é o ramo da termodinâmica que se preocupa com os calores das reações (∆H) bem como as trocas de energia entre as reações e o meio onde ocorrem. 1 - Conceitos importantes: a) Energia química – É proveniente das ligações entre os átomos e da coesão entre as moléculas. b) Energia térmica – É proveniente da vibração de átomos e moléculas. Química 21 c) Entalpia – É a quantidade de energia de um sistema que pode ser transformada em calor quando o sistema sofre uma transformação em recipiente aberto. Corresponde à forma energética que empregaremos nas transformações químicas. Principais unidades medida de calor e energia: a) Caloria (cal), quilocaloria (kcal), etc. b) Joule (J), quilojoule (kJ), etc. Uma caloria corresponde a 4,18 joules aproximadamente. Variação de entalpia de reação - ∆H A variação da entalpia, representada pelo símbolo ∆H, pode ser positiva ( ∆H 0 ), ou negativa (∆H0), conforme a reação absorva ou libere calor respectivamente. O ∆H de uma reação pode ser dado pela expressão que é conhecida como Lei de Hess: HrHpH Onde: Hp – entalpia dos produtos Hr – entalpia dos reagentes Classificação das transformações químicas: a) Reações endotérmicas – são reações que ocorrem com: - absorção de energia na forma de calor; - ∆H 0 - HrHp Fonte: http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/08/reacao-endotermica.jpg Acessoem 14/01/2016 Química 22 b) Exotérmicas: São reações que ocorrem com: - liberação de energia; - ∆H0; - HrHp Exemplo: Fonte: http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2010/08/reacao-endotermica.jpg Acesso em 1º/02/2018 Equação Termoquímica: Equação termoquímica é a equação química acompanhada de: - Fases de agregação e formas alotrópicos, se houver; - A temperatura e a pressão; - Energia envolvida no processo. Fatores que alteram as entalpias das reações químicas Quantidade de reagentes e produtos Com o aumento da quantidade de reagentes e produtos, aumenta-se o número de ligações, aumenta-se a energia química e, consequentemente, aumenta a entalpia do processo. Além disso, ao aumentar a quantidade de reagentes, aumenta o número de colisões, a agitação molecular, a energia térmica e, consequentemente, aumenta a entalpia do processo. Exemplo1: 1 H2 (g) + ½ O2 (g) 1 H2O (l) ΔH1 = - 68,56 kcal / mol (25ºC, 1atm) Exemplo 2: 2 H2 (g) + 1 O2 (g) 2 H2O (l) ΔH2 = - 137, 12 kcal / 2 mol (25º C, 1atm) O ΔH de uma reação química sempre faz referência à estequiometria da reação. Química 23 Temperatura e “pressão” Com o aumento da temperatura, aumentam-se a energia cinética das moléculas, a agitação molecular, os movimentos de rotação, translação e vibração de átomos e moléculas, aumenta-se a energia térmica e, consequentemente, a entalpia do processo. Estrutura cristalina ou alotrópica Alotropia é o fenômeno no qual um mesmo elemento químico dá origem a mais de um tipo de substâncias simples diferentes. Principais elementos que contém alótropos: Carbono: Grafite C(gr) (mais estável e menos energético), Diamante C (d) e C(fulereno). Oxigênio: O2 e O3. Fósforo: Vermelho e Branco. Enxofre: Rômbico e Monoclínico. Sempre o alótropo mais abundante na natureza é o mais estável e o menos energético. A diferença de entalpia entre os alótropos está ligada a seu retículo cristalino. Assim, quanto mais compacto for o retículo cristalino maior será a energia armazenada por esse retículo e, consequentemente, maior será a entalpia do alótropo. Exemplo1: 1 C(gr) + 1 O2(g) 1 CO2(g) ΔH1 = - 94 kcal / mol (25°C, 1atm) Exemplo2: 1 C(d) + 1 O2(g) 1 CO2(g) ΔH2 = - 94,5 Kcal / mol (25°C, 1atm) A segunda reação libera mais energia que a primeira porque a energia armazenada no carbono diamante é maior que a energia armazenada no carbono grafite. Estado físico de reagentes e produtos H2O(sol) H2O(liq) H2O(vap) Hsol ΔH2(liq) > ΔH3(vap) Entalpia padrão de formação: Trata-se da variação da entalpia envolvida na formação de 1 mol de uma certa substância a partir de substâncias simples em suas formas mais estáveis em condições padrão. Exemplo: C (s) + H2 (g)CH4 (g) ∆H = -74,4 KJ/mol Exemplo do cálculo de ΔH com entalpia de formação Calcule o ΔH da reação: C2H2 (g)+ 5/2 O2 (g) 2CO2 (g) + H2O (l) Dadas as entalpias de formação: H0 C2H2 = + 54,1 kcal/mol H0 O2 = zero (padrão) H0 CO2 = – 94,1 kcal/mol H0 H2O = – 68,3 kcal/mol Resolução: ΔH = Hf – Hi ΔH = (2 . H0CO2 + H0H2O) – (H0C2H2 + 5/2 . H0O2) ΔH = (2 . (– 94,1) – 68,3) – (+ 54,1 + 5/2 . 0) ΔH = – 310,6 kcal/mol C2H2 6 - Entalpia padrão de combustão: é a variação de entalpia envolvida na combustão completa de 1 mol de certa substância no estado padrão. Exemplo: H2 (g) + � O2 (g) H2O ( l ) ∆H = -285,5 KJ/mol Exercícios 1 - Dadas as equações, informe quais são endotérmicas e quais são exotérmicas: (CNTP) a) Fe(S) + ½ O2(g) → FeO(s) + 64,04 Kcal b) H2O(ℓ) → H2(g) ½ O2(g) ∆H= + 68,3 Kcal c) 2 C(graf) +3 H2(g) → C2H6(g) ∆H= - 20,5 Kcal d) CO2(g)→ C(graf) + O2(g) ∆H= + 94,14 Kcal e) CaO(S) + 151,9 Kcal → Ca(s) + ½ O2(g) f) 6CO2(g) + 6H2O(ℓ) + calor → C6H12O6(aq) +6 O2(g) Química 25 2- Escreva como se lê as equações do exercício 1. 3 - Calcule o ∆Hөf em kcal/mol, a 25 °C, para: Fe2O3(s) + CO(g)→ 2 FeO(s) + CO2(g) Dados os calores de formação em kcal/mol: ∆H°fFe2O3(s) = –196,50 ∆H°fCO(g) = –26,41 ∆H°fFeO(s) = –63,80 ∆H°fCO2(g) = –94,05 4 - Analise as afirmativas abaixo: I. Entalpia (H) de forma simplificada pode ser entendida como a energia global de um sistema. II. Uma reação exotérmica apresenta ∆H positivo. III. O calor de reação de um processo químico será dado por ∆H. a) somente I é correta b) somente II é correta c) somente III é correta. d) as afirmativas I e II são corretas. e) as afirmativas I e III são corretas. 5 - Das equações químicas apresentadas a seguir, todas são transformações ENDOTÉRMICAS, exceto: Justifique. a) H2(ℓ)→ H2(g) b) O2(g) → O2(ℓ) c) CO2(s) →CO2(g) d) Pb(s)→Pb(ℓ) 6 - São processos endotérmicos e exotérmicos, respectivamente, as mudanças de estado: a) fusão e ebulição b) solidificação e liquefação c) condensação e sublimação d) sublimação e fusão e) sublimação e solidificação 7 - Qual o calor obtido na queima de 1,000kg de um carvão que contém 4,0% de cinzas? Dados: Massa molar do carbono: 12g/mol Calor de combustão do carbono: 390 kJ/12g de C a) 3,75 x 102kJ b) 1,30 x 103kJ c) 4,70 x 103kJ d) 3,12 x 104kJ Química 26 e) 3,26 x 104kJ 8 - Desde a pré-história, quando aprendeu a manipular o fogo para cozinhar seus alimentos e se aquecer, o homem vem percebendo sua dependência cada vez maior das várias formas de energia. A energia é importante para uso industrial e doméstico, nos transportes, etc. Existem reações químicas que ocorrem com liberação ou absorção de energia, sob a forma de calor, denominadas, respectivamente, como exotérmicas e endotérmicas. Observe o gráfico a seguir e assinale a alternativa correta: a) O gráfico representa uma reação endotérmica. b) O gráfico representa uma reação exotérmica. c) A entalpia dos reagentes é igual à dos produtos. d) A entalpia dos produtos é maior que a dos reagentes. e) A variação de entalpia é maior que zero. 9 - Considere a seguinte reação termoquímica: 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) AH= -13,5 kcal / mol de NO e assinale a alternativa falsa. a)A reação é exotérmica. b)São libertados 13,5 kcal para cada mol de NO (g) que reagir. c) A entalpia padrão de formação do O2 (g) é diferente de zero nas condições–padrão. d) A reação de oxidação do NO (g) pode ocorrer no ar atmosférico. e) Nenhuma das alternativas é falsa. 10 - Em uma cozinha, estão ocorrendo os seguintes processos: I. Gás queimando em uma das “bocas” do fogão e II. Água fervendo em uma panela que se encontra sobre esta “boca” do fogão. Com relação a esses processos, pode-se afirmar que: a)I e II são exotérmicos. b) I é exotérmico e II é endotérmico. c) I é endotérmico e II é exotérmico. d) I é isotérmico e II é exotérmico. e) I é endotérmico e II é isotérmico.