Substâncias puras e misturas e propriedades da matéria

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ANÁLISE FÍSICO QUÍMICA APLICADA À SAÚDE
Profa. Dra. Natália Bromberg
SUBSTÂNCIAS PURAS E 
MISTURAS
Curso: BIOMEDICINA
Substâncias puras e misturas
1. SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS
1.1. Conceitos de átomo, elemento químico, molécula, substância
(simples e composta) e mistura.
Átomo
• O átomo constitui a menor partícula de um elemento. O átomo é
composto de um núcleo central contendo prótons (com carga
positiva) e nêutrons (sem carga).
• Os elétrons (com carga negativa e massa insignificante) revolvem
em torno do núcleo em diferentes trajetórias imaginárias
chamadas órbitas.
• Todas as substâncias são feitas
de matéria (tudo que tem massa e
ocupa lugar no espaço) e a unidade
fundamental da matéria é o
átomo.
• Elemento é uma substância feita de átomos de um único tipo.
Existem cerca de 82 elementos que ocorrem naturalmente e cerca de
outros 31 elementos criados artificialmente como listados na tabela
periódica.
Número Atômico de um elemento é o número de prótons no núcleo de um
átomo. Para átomos eletricamente neutros, o número de prótons é igual ao
número de elétrons.
Peso Atômico (ou massa atômica relativa) de um elemento é o número de
vezes que um átomo daquele elemento é mais pesado que um átomo de
hidrogênio. O peso atômico do hidrogênio é tomado como sendo a
unidade [1].
Número de Massa de um elemento é a soma do número de prótons e
nêutrons no núcleo de um átomo.
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Elemento Químico
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Tabela Periódica
Os elementos químicos estão arranjados em ordem crescente de
número atômico (juntamente com suas massas atômicas) na Tabela
Periódica.
• Uma molécula é formada quando átomos do mesmo elemento ou
de elementos diferentes se combinam.
• A molécula é a menor partícula de uma substância que pode,
normalmente, existir de maneira independente.
Exemplos: 
- Dois átomos de oxigênio combinam-se para formar uma
molécula de oxigênio (O2).
- Um átomo de carbono combina-se com dois átomos de
oxigênio para formar uma molécula de dióxido de carbono (CO2).
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Molécula
Substâncias puras e misturas
Representação Simbólica de Átomos e Moléculas
Na representação simbólica de átomos e moléculas, devem ser
indicados os símbolos químicos dos átomos presentes e as quantidades de
cada um dos átomos. Nos esquemas seguintes, cada circulo vermelho
representa um átomo de Oxigênio, cujo símbolo químico é O.
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Exercício: Complete a tabela seguinte.
• As diferentes combinações de átomos, que visam a sua
estabilização, constituem as substâncias químicas. Essas substâncias
são constituídas pelos elementos químicos.
• Uma substância é uma porção de matéria que tem propriedades
bem definidas e que lhes são características.
• Entre essas propriedades estão o ponto de fusão, o ponto de
ebulição, a densidade, o fato de ser inflamável ou não, a cor, o odor
etc. Duas substâncias diferentes podem, eventualmente, possuir
algumas propriedades iguais, mas nunca todas elas. Caso aconteça
de todas as propriedades de duas substâncias serem iguais, então
elas são, na verdade, a mesma substância.
• As substâncias podem ser simples ou compostas.
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Substância Química
(1) Substâncias simples: são aquelas constituídas por átomos de um
único elemento químico. Exemplos: gases nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe,
Rn), gás oxigênio (O2), gás ozônio (O3), líquido bromo (Br2), sólido
iodo (I2), carbono grafítico (Cg), carbono diamante (Cd), metais puros
(Na, Fe, Al).
(2) Substâncias compostas: são aquelas substâncias constituídas por
dois ou mais elementos químicos. Exemplos: água (H2O), cloreto de
hidrogênio (HCl), glicose (C6H12O6), álcool (C2H6O).
• Existe um fato interessante envolvendo alguns elementos
químicos, como por exemplo, o carbono (C), oxigênio (O) dentre
outros. Esse fato interessante é a capacidade de alguns elementos
químicos formarem diferentes substâncias simples. Esse fenômeno é
chamado de alotropia.
Substâncias puras e misturas
• Alotropia é a propriedade, que permite a alguns elementos químicos
formar mais de um tipo de substância simples (chamada de variedades
alotrópicas).
Oxigênio
O elemento químico oxigênio pode formar o gás oxigênio (O2) e o gás
ozônio (O3). O gás oxigênio é formado por dois átomos do elemento oxigênio (O),
formando moléculas biatômicas. O O2 pode ser respirado pelo ser humano e outros
seres vivos, ele encontra-se, a uma temperatura ambiente (25 ºC), no estado gasoso.
O oxigênio está presente no Universo (1%), na Terra (30%), na Crosta Terrestre (46%)
e no Corpo Humano (65%). Uma propriedade muito importante desse gás é que ele
alimenta qualquer combustão (queima), por esse motivo o gás oxigênio é
denominado comburente, sem oxigênio não existe combustão.
O gás ozônio (O3) é formado por três átomos do elemento químico oxigênio (O)
formando uma molécula triatômica. O O3 forma uma camada na atmosfera que
protege o planeta da radiação solar. A temperatura ambiente, o gás ozônio, de cor
azul clara, apresenta um odor intenso e característico que pode ser sentido após
tempestade com descargas elétricas e também próximas a equipamentos de alta
voltagem.
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Alotropia
Carbono
A partir do átomo de carbono (C), podemos obter o diamante, o grafite /
grafita e o fulereno. O diamante é formado por quatro átomos de carbono (C), não
contidos no mesmo plano, é incolor, transparente, brilhante e é um dos materiais
mais duros do planeta, ou seja, tem a capacidade de riscar qualquer outra substância
natural, não conduz corrente elétrica e por ser pouco abundante, é caro demais.
A grafite ou grafita apresenta uma estrutura formada por anéis hexagonais contidos
no mesmo plano, formando lâminas. A grafite é um material muito mole, de cor
preta, opaca e pouco brilhante. Muito utilizado na fabricação de lápis, é usada
também como lubrificante em pó. Possui condutividade elétrica e é muito
abundante na natureza.
Em 1984, descobriu-se outra variedade alotrópica do carbono, chamada de fulereno,
que apresenta uma estrutura formada por pequenas esferas pentagonais de átomos
de carbono. Essa variedade alotrópica não é muito conhecida.
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Diamante Grafite
O grafeno é a mais recente variedade
alotrópica do carbono sendo
constituído de uma monocamada de
átomos do elemento ligados em
arranjo hexagonal. De fato, o grafeno
nada mais é do que uma das inúmeras
camadas que constituem a grafite. Um
cristal de grafite com 1 mm de
espessura consiste de três milhões de
camadas de grafeno sobrepostas,
unidas por interações
intermoleculares.
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Fulereno
Grafeno
Nanotubos de carbono
Inúmeros outros elementos apresentam
diferentes formas alotrópicas, dentre eles: o
fósforo (P), antimônio (Sb), nitrogênio (N),
silício (Si), boro (B), enxofre (S), selênio (Se),
germânio (Ge), arsênio (As) e alguns metais
como o ferro (Fe), estanho (Sn) e o titânio (Ti).
• É uma porção de matéria que corresponde à adição de duas ou mais
substâncias puras. A partir do momento em que elas são adicionadas,
deixam obviamente de ser consideradas substâncias puras. Elas
passam a ser substâncias componentes da mistura.
• O ar que respiramos é uma mistura de três gases principais:
Gás nitrogênio (N2)(g) = 78%
Gás oxigênio (O2)(g) = 21%
Gás argônio (Ar)(g) = 1 %
(Atenção: os dados acima são considerados o ar seco na ausência de poluentes.)
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Mistura
Quando fazemos o soro caseiro misturamos três substâncias:
Água (H2O)(l)
Açúcar (C6H12O6)(s)
Sal (NaCl)(s)
As letras entre parênteses ao lado da molécula que podem ser 
(s), (l), e (g) são sólido, líquido e gasoso, respectivamente.
Asmisturas podem ser divididas em mistura homogênea e
mistura heterogênea em função do número de fases que apresentam.
Entende-se por fase cada uma das diferentes partes da matéria que se
pode observar no sistema em estudo, ou ainda, uma porção de uma
amostra de matéria que apresenta as mesmas propriedades.
Substâncias puras e misturas
1.2 Misturas Homogêneas e Heterogêneas
(1) Mistura homogênea: é toda mistura que apresenta uma única fase.
Como exemplo de mistura homogênea podemos citar o soro caseiro, uma
mistura de água, açúcar e sal. Todas as misturas homogêneas são
chamadas de soluções.
Exemplos: água de torneira, vinagre, ar, gasolina, álcool, soro fisiológico,
ligas metálicas e outros. Toda mistura de gases são sempre misturas
homogêneas.
Solução é toda mistura homogênea, que é dividida em solvente e soluto.
Solvente é o que dissolve. Soluto é o que é dissolvido. A água é chamada de
solvente universal, pois ela dissolve a maioria das substâncias.
(2) Mistura heterogênea: é toda mistura que apresenta duas fases ou
mais.
Exemplos: sangue, leite, água com bolhas de gás.
Misturas heterogêneas não se restringem apenas a simples percepção a
olho nu, mas também pela utilização de aparelhos ópticos comuns como
o microscópio.
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Propriedades da Matéria
1.3. Propriedades gerais e específicas da matéria
1.3.1 O que é matéria ?
Matéria é tudo o que tem massa e que ocupa lugar no espaço.
Exemplos: pedras, madeira, água, ar, balão, caixa de papelão etc.
Como relembrar nunca é demais, eis algumas definições
importantes para o nosso estudo:
· Substância: é um tipo definido de matéria.
· Corpo: porção limitada de matéria.
· Objeto: corpo com utilidade.
· Átomo: é a unidade constituinte da matéria.
· Sistema: aquilo que está sendo estudado.
1.3.2. Propriedades da Matéria
Os materiais possuem propriedades ditas gerais e específicas. As
propriedades gerais são aquelas encontradas em qualquer tipo de
material, já as específicas são encontradas em um dado tipo de material,
podendo estas serem divididas em: físicas, química e organolépticas.
1.3.2. Propriedades da Matéria
Os materiais possuem propriedades ditas gerais e específicas. As
propriedades gerais são aquelas encontradas em qualquer tipo de
material, já as específicas são encontradas em um dado tipo de material,
podendo estas serem divididas em: físicas, química e organolépticas.
Propriedades da Matéria
Propriedades da Matéria
Estados de Agregação da Matéria
1.4. Estados de agregação da matéria
A matéria pode ser encontrada em três estados físicos: sólido,
líquido e gasoso.
Processos envolvidos na transformação dos estados físicos da matéria: água.
(1) Ponto de fusão (P.F.): é a temperatura constante na qual um sólido
se transforma em líquido.
(2) Ponto de ebulição (P.E.): é a temperatura constante na qual um
líquido se transforma em vapor.
Estados de Agregação da Matéria
• No intervalo de tempo em que ocorre a fusão da substância (água),
coexistem a fase sólida e a fase líquida, e a temperatura permanece
constante;
• Ao atingir a temperatura de 100°C (a 1 atm - pressão atmosférica), a
água líquida começa a ferver (líquido-vapor) e, durante todo o tempo
em que ocorre essa mudança de estado, a temperatura permanece
constante até que todo o líquido se transforme em vapor (nesse
intervalo de tempo, coexistem a fase líquida e a fase vapor);
Estados de Agregação da Matéria
• Os trechos paralelos ao eixo do tempo (patamares) mostram mudanças
de estado físico, já que a temperatura permanece constante;
• A fusão e a solidificação ocorrem à mesma temperatura;
• A ebulição e a condensação acontecem também à mesma temperatura.
Estados de Agregação da Matéria
• Conhecidos os pontos de fusão e de ebulição de uma substância, é
possível prever seu estado físico em qualquer temperatura. Se a
temperatura dessa substância estiver abaixo do seu ponto de fusão, ela se
encontrará no estado sólido; se estiver acima do seu ponto de ebulição,
estará no estado gasoso; se estiver compreendida entre o ponto de fusão
e o ponto de ebulição, estará no estado líquido.
Estados de Agregação da Matéria
Exercício:
O éter possui P.F.= -116°C e P.E.= 34°C;
A água possui P.F.= 0°C e P.E.= 100°C à pressão de uma
atmosfera (ao nível do mar).
Em qual estado físico se encontram o éter e a água em Belo Horizonte,
onde a temperatura ambiente é 25°C e no Deserto da Arábia, onde a
temperatura ambiente é 50°C ?
Resposta:
Belo horizonte - temperatura ambiente 25°C
Éter - líquido
Água - líquida
Deserto da Arábia - temperatura ambiente 50°C
Éter - gasoso
Água - líquida