Introdução à Química: Estudo da Matéria

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Química Geral 
1 período/Noite 
Prof. 
Ivana Lula 
Capítulo 01 
Introdução: Matéria 
e medidas 
 Química: 
 
Por que estudar Química? 
 
O que é Química? 
 
Química é uma ciência natural que estuda a estrutura das 
substâncias, a composição e as propriedades das diferentes 
matérias, suas transformações e variações de energia. 
 
A química está diretamente relacionada a outras ciências como 
Biologia, Ciências Ambientais, Física, Engenharia, Medicina e 
Ciências da Saúde. 
 
Capa da última edição de Physica subterranea, Becher (Leipzig, 
1738) . 
A MATÉRIA FUNDAMENTAL 
Em seu cerne a alquimia postulava uma 
matéria fundamental, Prima Matéria, 
como base para a formação de todas as 
substâncias 
Os quatro elementos terrestres: 
Fogo, Ar, Terra e Água. 
Empédocles (490-430 a.C.), 
teria sido o primeiro a propor 
que toda a matéria seria 
composta de quatro elementos 
primordiais de igual 
importância. 
 
Desde os tempos antigos tenta-
se explicar a natureza sobre 
uma base lógica. 
Reprodução de: De responsione mundi et astrorum ordinatione, 
(Santo Isidoro, 1472). 
Matéria: 
 
É tudo que tem massa e ocupa espaço 
(possui volume). 
Massa é uma medida numérica direta da 
quantidade de matéria do objeto. 
Um béquer cheio de chumbo tem a mesma massa 
que um béquer cheio de água? 
 
A massa de um objeto pode ser determinada pela 
medida de sua inércia. 
 
Inércia é a resistência de um objeto a um esforço 
para modificar o seu estado de movimento. 
 
 
 
 
 
 
 
Quanto mais inércia, mais difícil é o movimento. 
 
Estados da matéria 
 
A matéria pode ser um gás, um líquido ou um sólido. 
 
• Os gases não têm forma nem volume definidos→ podem 
ser comprimidos para formarem líquidos. 
• Os líquidos não têm forma, mas têm volume. 
• Os sólidos são rígidos e têm forma e volume definidos. 
 
As propriedades dos estados podem ser 
entendidas em nível molecular 
No estado sólido as 
moléculas são 
arranjadas de 
maneira mais 
ordenada que no 
estado líquido. 
No estado gasoso as 
moléculas estão 
muito mais 
separadas 
Substâncias puras e misturas 
 
 Os átomos consistem de apenas um tipo de elemento. 
 As moléculas podem consistir de mais de um tipo de elemento. 
o As moléculas podem ter apenas um tipo de átomo (um elemento). 
o As moléculas podem ter mais de um tipo de átomo (um composto). 
 
 Se mais de um átomo, elemento ou composto são encontrados juntos, 
então a substância é uma mistura. 
Classificações da matéria 
Substâncias puras e misturas 
Classificações da matéria 
Elementos 
 
Se uma substância pura não pode ser decomposta em algo 
mais, então ela é um elemento. 
Elemento é uma substância simples fundamental e elementar 
A cada elemento é dado um único símbolo químico (uma ou 
duas letras): 
Os símbolos químicos com uma letra têm aquela letra 
maiúscula. 
Ex: H, B, C, N, etc... 
Os símbolos químicos com duas letras têm apenas a primeira 
letra maiúscula. 
Ex: He, Be, etc... 
Os elementos são a base de constituição da matéria. 
A crosta terrestre consiste de 5 elementos principais. 
O corpo humano consiste basicamente de 3 elementos 
principais. 
Compostos 
• A maioria dos elementos interagem para formar 
compostos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lei da Composição Constante (ou Lei das Proporções 
Definitivas): A composição de um composto puro é sempre a 
mesma. 
 
 
As proporções de elementos em 
compostos são as mesmas, 
independentemente de como o 
composto foi formado. 
Os compostos são representados por fórmulas químicas. 
 
Composto Fórmula Química 
Sal de cozinha NaCl 
Água H2O 
Dióxido de carbono CO2 
Álcool etílico CH3CH2OH ou C2H6O 
Se a matéria é totalmente uniforme, ela é homogênea. 
Se a matéria não é totalmente uniforme, então ela é uma 
mistura heterogênea. 
Se a matéria homogênea pode ser separada por meios físicos, 
então ela é uma mistura. 
Se a matéria homogênea não pode ser separada por meios 
físicos, então ela é uma substância pura. 
Se uma substância pura pode ser decomposta em algo mais, 
então ela é um composto. 
Classificações da matéria 
Substâncias puras e misturas 
 Nas figuras abaixo quais representam substâncias puras, 
compostos, misturas homogêneas e heterogêneas? 
Substâncias Puras e Misturas 
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
A definição de substância pura está diretamente relacionada às chamadas 
propriedades específicas, que são exclusivas de cada material. 
 
A medida destas propriedades específicas é chamada de constante física, 
pois possuem valores FIXOS e CONSTANTES para cada material. 
Exemplo: 
calor específico, ponto de fusão, densidade, 
ponto de ebulição 
Como podemos identificar uma mistura? 
 
As propriedades de uma mistura são diferentes das 
propriedades de seus componentes e dependem da composição 
da mistura. 
 Água salgada = sal + água 
 
O ponto de congelamento da água salgada é menor do que o da água 
pura e depende da quantidade de sal dissolvido na água 
Gelo + Água
Água + Vapor
 Ág
ua
Ge
lo 
Vap
or 
de 
águ
a
Fusão:Coexistem 
gelo e água a 
uma temperatura 
constante
Ebulição:
Coexistem 
água e vapor a 
uma 
temperatura 
constante
Temperatura (0C)
Tempo
Mudanças de fase de substancias Puras e 
Misturas 
Nas substancias ou compostos puros uma mudança de fase 
ocorre a uma temperatura constante. 
Faixa de Fusão
Faixa de Ebulição
Temperatura (0C)
Tempo
Inicio da Fusão
Final da Fusão
Nas misturas a mudanças de fase ocorrem dentro de uma 
determinada faixa de temperatura, uma mistura, por exemplo, 
não possui um ponto de fusão determinado, ela possui uma 
faixa de fusão. 
Transformações da Matéria: 
Transformação física: 
Não alteram a composição das substâncias. 
 
Ex: Mudanças de estado 
 
 
Transformação química: 
Altera a natureza da matéria. 
Substâncias são destruídas e novas substâncias são formadas. 
 
As transformações químicas são denominadas de reações 
químicas. 
 
Reagentes são transformados em produtos. 
 
C + O2 → CO2 + calor 
Pergunta: 
 
É fácil reconhecer uma transformação química? 
 
Separação de misturas 
As misturas podem ser separadas se suas propriedades físicas 
são diferentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O sólido é coletado em papel de filtro, e a solução, chamada de filtrado, passa pelo 
papel de filtro e é coletada em um frasco. 
Os sólidos podem ser 
separados dos líquidos 
através de filtração. 
 
Separação de misturas 
As misturas homogêneas de líquidos podem ser separadas 
através de destilação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A destilação necessita que os diferentes líquidos tenham pontos de ebulição 
diferentes. Cada componente da mistura é fervido e coletado: A fração com ponto 
de ebulição mais baixo é coletada primeiro. 
 
Separação de misturas 
A cromatografia pode ser utilizada para separar misturas que têm 
diferentes habilidades para aderirem a superfícies sólidas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quanto maior a atração do componente pela superfície (papel), mais 
lentamente ele se move e quanto maior a atração do componente pelo 
líquido, mais rapidamente ele se move. 
Atenção para os 
exercícios do final do 
capítulo relativos a: 
Classificação e 
Propriedades da 
matéria 
 
CAPÍTULO 02 
Átomos, moléculas e íonsFolha de rosto da segunda 
edição do primeiro livro 
sistemático para o ensino de 
química: Alchemia, publicado 
em Frankfurt, 1606. A 
primeira edição data de 1597. 
 
 
O livro descreve em detalhes a 
planta de um laboratório de 
química. 
Teoria Atômica de Dalton 
A teoria atômica da matéria proposta por Dalton em 1803 deu inicio a era 
da química moderna. 
 
 
 
Todo e qualquer tipo de matéria é formada por partículas indivisíveis 
chamadas de átomos. 
 
 
 
 
 
Representação de átomos. Do livro de Dalton: A new system of chemical 
philosophy (Manchester, 1808-1810). 
A teoria de Dalton considera as leis das transformações químicas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Todos os átomos de um dado elemento têm as mesmas propriedades, as 
quais diferem das propriedades de todos os outros elementos 
Átomos de 
hidrogênio 
Átomos de 
Oxigênio 
Átomos de 
Bromo 
Exemplo: 
 O átomo de oxigênio na molécula 
de água possui a mesma massa 
que o átomo de oxigênio na 
molécula de monóxido de 
carbono 
Uma reação química é simplesmente um rearranjo de átomos 
de uma combinação para outra. 
Os átomos individuais permanecem intactos. 
De acordo com Dalton os compostos se formam quando os 
átomos se combinam em uma relação constante e 
proporcional. 
A teoria de Dalton considera a lei da conservação das massas. 
80 g.mol-1 = 80 g.mol-1 
A teoria de Dalton considera a lei das proporções definidas. 
Excesso de A 
A B Produto C 
A teoria de Dalton propôs a lei das proporções múltiplas. 
 
 
 
 
Quando dois compostos diferentes são formados pelos 
mesmos elementos, as massas de um elemento que reagem 
com as massas do outro se encontram em uma proporção de 
números inteiros. 
Mudando a reação se a massa de um elemento permanecer constante a massa do 
outro varia segundo valores múltiplos 
Modelo Atómico de Thomson 
 Em 1904, Thomson, propôs um 
novo modelo 
 
De acordo com Thomson o átomo 
seria formado por uma pasta 
positiva recheada de partículas 
negativas, os elétrons. 
 
Este modelo admite a divisibilidade 
do átomo e a natureza elétrica da 
matéria. 
Este modelo ficou conhecido como 
o modelo do pudim de passas. 
Joseph Thomson 
(1856-1940) 
Como surgiu o modelo de Thomson? 
Descoberta do elétron 
Crookes e colaboradores mostraram que gases rarefeitos quando 
submetidos a voltagens elevadíssimas podem tornar-se condutores 
elétricos. 
 
Emissões Raios Catódicos 
 
Raios catódicos sofrem desvios em direção ao pólo positivo, quando 
colocados em presença de um campo elétrico externo e uniforme, 
provando que estes raios são negativos. 
 
Raios catódicos formados por partículas negativas. 
 
 
Tubos de raios catódicos com campos magnéticos e elétricos 
perpendiculares: Os raios catódicos se originam na placa negativa e são 
acelerados em direção à placa positiva, que tem um orifício no centro. 
 
Thomson observou que uma lâmina metálica exposta a raios catódico 
adquire carga elétrica negativa. 
Experimento de Thomson 
Thomson concluiu que os raios catódicos são jatos de partículas com 
massa, carregadas negativamente 
 
Elétrons: Partículas carregadas negativamente e que existem em 
qualquer átomo. 
O elétron foi a primeira partícula subatômica descoberta pela ciência. 
 
Prótons: Partículas carregadas positivamente e que existem em qualquer 
átomo. 
É bom saber: 
Alguns elementos químicos emitem espontaneamente partículas 
eletricamente carregadas, este fenômeno é chamado de 
RADIOATIVIDADE 
 Partículas positivas: partícula a, radiação a. 
 Partículas negativas: partícula b, radiação b. 
 Raios g: onda de luz altamente energética e com grande poder de 
penetração. Semelhante aos raios-X. 
 
Modelo Atómico de Rutherford 
Rutherford concluiu que o átomo possuía 
um núcleo positivo, pequeno e 
extremamente denso que continha todos 
os prótons e praticamente toda a massa do 
átomo. 
 
Os elétrons giram em 
orbitas circulares ao redor 
do núcleo 
Nêutron: 
 
Rutherford sugeriu que partículas de carga zero e de massa 
aproximadamente igual a dos prótons estavam presentes no 
núcleo, pois apenas metade da massa nuclear podia ser 
justificada pelos prótons. 
 
Conclusões de Rutherford: 
 O átomo não é maciço, apresentando mais espaço vazio do 
que preenchido; 
A maior parte da massa do átomo se encontra em uma pequena 
região central (núcleo) dotada de carga positiva, onde estão os 
prótons; 
Os elétrons estão localizados em uma região ao redor do 
núcleo, chamada de eletrosfera. 
 
Esse modelo ficou conhecido como “modelo do sistema 
solar”, em que o sol seria representado pelo núcleo e os 
planetas pelos elétrons ao redor do núcleo (na eletrosfera). 
O modelo de Rutherford também tinha alguns problemas: não 
conseguia explicar de forma coerente as raias espectrais dos 
elementos químicos e também não conseguia explicar a órbita 
dos elétrons. 
 
De acordo com a teoria de Rutherford, os elétrons podiam 
orbitar o núcleo a qualquer distância. 
Quando os elétrons circundam em volta do núcleo, estariam 
mudando constantemente sua direção. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A eletrodinâmica clássica, que trata do movimento dos elétrons, explica 
que, se estes mudam constantemente de direção, de sentido, ou 
velocidade devem emitir continuamente radiação. 
 
Ao fazer isto, os elétrons perdem energia e tendem a espiralar para o 
núcleo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Isto significa que os átomos seriam instáveis: o contrário do que é 
observado na realidade. 
A visão moderna da estrutura atômica 
O átomo consiste de entidades positivas, negativas e neutras 
(prótons, elétrons e nêutrons). 
Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é 
pequeno. A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os elétrons estão localizados fora do núcleo. Grande parte do volume 
do átomo se deve aos elétrons. 
 
Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo 
elemento químico. 
 
Os isótopos têm o mesmo número de prótons, mas números 
diferentes de nêutrons. 
ISÓTOPOS 
Tabela 01: Alguns isótopos do CARBONO 
Símbolo Número de Prótons Número de Elétrons Número de Nêutrons 
11C 6 6 5 
12C 6 6 6 
13C 6 6 7 
14C 6 6 8 
Pesos Atômicos 
Mas como determinar a massa dos átomos individualmente? 
 
Temos que determinar um conjunto de pesos relativos entre os elementos 
formadores do composto sob análise 
Dado o composto A-B: 
A massa de B é maior do que a massa de A em uma 
razão de 4/3, logo B é mais pesado do que A 
 
 vezes. 
 
Estabelecemos assim as massas relativas de cada um 
dos elementos em questão. 
 
A teoria de Dalton estabeleceu o conceito de 
massa atômica dos elementos químicos. 
Os pesos atômicos relativos dos elementos são expressos em 
unidades de massa atômica (u.m.a → u). 
 
(u) é uma grandeza arbitraria definida atualmente como 1/12 da massa 
de um dos isótopos do átomo de carbono. 
 
Número Atômico e Massa atômica 
Número Atômico (Z): número de prótons existentes no núcleo de um 
átomo. 
Número de Massa (A): é a soma do número de prótons (Z) e de 
nêutrons (N) existente em um átomo. 
 
A = Z +N 
O número atômico identifica o elemento químico e o número de massainforma se um 
átomo tem massa maior do que o outro. 
Massas atômicas médias 
 
A massa atômica relativa: massas médias dos isótopos: 
 
 O C natural: 98,892 % de 12C + 1,107 % de 13C. 
 
A massa média do C: 
 
(0,9893)(12 u) + (0,0107)(13,00335) = 12,01 u 
 
A massa atômica (MA) é também conhecida como massa atômica 
média. 
 
As massas atômicas estão relacionadas na tabela periódica. 
 
A notação geral de um átomo é: 
Exercícios: 
a. Qual é a composição de um átomo de fósforo com 16 nêutrons? 
Dado: 15P 
 
b. Qual é o seu número de massa? 
 
c. Se o átomo tem uma massa de 30,9738 uma, qual é a sua massa em 
gramas? 
Dado: 1 uma = 1,66 × 10-24 g 
A Tabela Periódica 
A tabela periódica é utilizada para organizar os elementos 
de modo significativo. 
 
Como consequência dessa organização, existem 
propriedades periódicas associadas à tabela periódica. 
 
Tabela Periódica Moderna: 
Os elementos químicos estão ordenados por ordem crescente 
de número atômico (Z), em 7 linhas e 18 colunas. 
Os elementos que pertencem a uma mesma linha dizem-se do 
mesmo período e os que pertencem à mesma coluna fazem 
parte do mesmo grupo. 
Cada grupo constitui uma família de elementos. 
A separação dos elementos de acordo com as suas características 
metálicas e não metálicas proposta por Mendeleev , na primeira versão 
da TABELA PERIÓDICA, continuou sendo respeitada. 
Moléculas e compostos moleculares 
O átomo é a 
menor 
representação 
de um dado 
elemento 
químico...... 
.....mas somente os 
gases nobres são 
encontrados na 
natureza como 
átomos isolados! 
Moléculas e fórmulas químicas 
 
Moléculas são reuniões de dois ou mais átomos ligados entre 
si. 
Cada molécula tem uma fórmula química. 
 
H2O, CO2, CO, CH4, H2O2, O2, O3 e C2H4 
 
A fórmula química indica quais átomos são encontrados na 
molécula e em qual proporção eles são encontrados. 
A maior parte da matéria é composta de 
moléculas ou íons!!!! 
Compostos formados a partir de moléculas são 
compostos moleculares. 
As moléculas que contêm dois átomos ligados entre si são 
chamadas moléculas diatômicas. 
 
Íons e Compostos Iônicos 
Os átomos podem ganhar ou perder elétrons 
ÁTOMO 
NEUTRO 
ÂNION 
(-) 
CÁTION 
(+) 
Ganho de 
elétrons 
Perda de 
elétrons 
Em geral: 
átomos metálicos tendem a perder 
elétrons para se transformarem em 
cátions; íons não metálicos tendem 
a ganhar elétrons para formarem 
ânions 
PREVISÃO DA CARGA DO ÍON 
O número de elétrons que um átomo perde está relacionado com a sua 
posição na tabela periódica. 
 
- 
- 
- 
- 
- 
Compostos iônicos 
 
Grande parte da química envolve a transferência de elétrons 
entre substâncias. 
Os íons em um composto iônico ocorrem em uma proporção 
tal que o total das cargas positivas é igual ao total das cargas 
negativas. 
 
Para uma substância neutra, o número de elétrons 
perdidos e ganhos deve ser igual. 
 
Considere a formação do Mg3N2: 
 
O Mg perde dois elétrons para se transformar em um Mg2+; 
 
O nitrogênio ganha três elétrons para se transformar em um N3-. 
 
ATENÇÃO PARA 
 
1. OS EXERCÍCIOS DO FINAL DO 
CAPÍTULO:Exceto Nomenclatura de 
compostos inorgânicos e moléculas 
orgânicas.