Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO CAMPUS CUIABÁ – OCTAYDE JORGE DA SILVA DIRETORIA DE ENSINO DEPARTAMENTO DE ÁREA DE CONSTRUÇÃO CIVIL Apostila de QUÍMICA Professor: Dario Perna Cuiabá MT 2013 2 TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA Qualquer transformação sofrida pela matéria é considerada fenômeno, ou ainda qualquer acontecimento na natureza que podem ser classificados em: Fenômenos físicos; Fenômenos químicos. FENÔMENOS FÍSICOS São aqueles que não alteram a natureza da matéria, isto é, a sua composição. Ou ainda: Fenômeno físico é toda e qualquer transformação sofrida por um material sem que haja alteração de sua constituição íntima, sendo possível a sua recuperação por métodos elementares. Ex: mudanças de estado físico da matéria (estado de agregação); dissolução do açúcar em água; cortar uma árvore; acender uma lâmpada; uma fruta caindo da árvore, etc. FENÔMENOS QUÍMICOS Quando ocorre um fenômeno químico, uma ou mais substâncias se transformam e dão origem a novas substâncias. Então, dizemos que ocorreu uma reação química. Os fenômenos químicos ou transformações químicas são também chamados de reações químicas. Numa reação química ou transformação química uma ou mais substâncias (os reagentes) são transformados em uma ou mais diferentes substâncias (os produtos), com diferentes propriedades físicas tais como cor, ponto de fusão e solubilidade. Numa reação química, no nível molecular, ocorre a produção de um novo arranjo de átomos (nova substância), sem ganho ou perda no número de átomos de cada espécie envolvida no fenômeno. As moléculas presentes depois da reação (produtos) são diferentes daquelas presentes antes da reação. Exemplo: Esta apresentação simbólica da transformação química é denominada equação química. Os símbolos usados numa equação química são representados na tabela seguir. Como não há nem criação nem destruição de átomos, uma equação química deve ter o mesmo número de átomos de cada elemento nos dois membros. Quando esta igualdade existe, a equação está equilibrada. Símbolos de uma Reação Química Símbolo Significado → Produz + Reage com Δ Calor s Sólido g Gasoso l Líquido aq. Solução aquosa Para escrevermos a equação química de uma reação temos que determinar, pela experiência, quais os reagentes e os produtos. Com as fórmulas químicas dos reagentes e produtos, podemos escrever a equação química não equilibrada. Depois, equilibramos a equação pela introdução de coeficientes que proporcionam a igualdade dos números de cada átomo em cada membro da equação. Exemplos: CH4(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) (não equilibrada) CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) (equilibrada) Na(s) + H2O(l) → NaOH(aq) + H2(g) (não equilibrada) 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g) (equilibrada) Visualização de um Fenômeno Químico ou Reação Química Uma maneira bem simples de reconhecermos a ocorrência de um fenômeno químico é a observação visual de alterações que ocorrem no sistema. A formação de uma nova substância está associada a: 1. Mudança de cor. Exemplos: queima de papel; cândida ou água sanitária em tecido colorido; queima de fogos de artifício. 2. Liberação de um gás (efervescência). Exemplos: antiácido estomacal em água; bicarbonato de sódio (fermento de bolo) em vinagre. Às vezes, uma única substância, ao ser aquecida, transforma-se em outras, antes de 3 atingir uma temperatura que possibilite sua mudança de estado. Assim, o aquecimento do carbonato de cálcio, existentes nas rochas calcárias, não leva à fusão, mas à sua decomposição, na qual se obtém um gás: CaCO3 → CaO + CO2 carbonato óxido de gás de cálcio cálcio ou cal carbônico (sólido) (sólido) (gás) 3. Formação de um sólido (formação de precipitado). Ao misturar dois sistemas líquidos ou um sistema líquido e um gás poderá ocorrer a formação de uma nova substância sólida, que chamamos de precipitado. Com o tempo o sólido formado se deposita no fundo do recipiente, isto é, sofre decantação. Exemplos: líquido de bateria de automóvel + cal de pedreiro dissolvida em água; água de cal + ar expirado pelo pulmão (gás carbônico). 4. Uma outra forma de reconhecermos se ocorreu uma reação química é a alteração da quantidade de energia na reação. Quando colocamos magnésio metálico em ácido clorídrico, além de observarmos a saída de gases, notamos que o recipiente em que eles foram misturados fica aquecido, isto é, há liberação de calor para o ambiente. As combustões são reações que liberam calor. Efeitos térmicos acompanham as reações químicas; quanto a eles as reações podem ser: Exotérmicas: liberam calor para o ambiente. Endotérmicas: absorvem calor do ambiente. Pense um Pouco! Fatos comuns envolvendo materiais e transformações químicas são de conhecimento recente ou antigo? Quais as atividades do seu dia em que a química está presente? Exercícios de Aplicação 1. (U.E.CE) Assinale a alternativa correta: a) Oxidação do ferro é um fenômeno físico b) Fusão do chumbo é um fenômeno químico. c) Combustão da madeira é um fenômeno químico. d) Queima do papel é um fenômeno físico. 2. (UFSC) Indique na relação abaixo os fenômenos físicos (F) e os fenômenos químicos (Q). a) ( ) Queima da gasolina nos motores dos carros b) ( ) Digestão dos alimentos ingeridos c) ( ) Formação de ferrugem d) ( ) Quebra de um objeto e) ( ) Enfiar um prego na madeira f) ( ) Derretimento de um iceberg 3. (UFPR) Aquecer uma barra de ferro até o ponto de fusão, recolher o líquido em uma forma esférica, transformando a barra em uma bola de ferro, é exemplo de fenômeno: a) Químico, pois altera a forma da barra de ferro. b) Físico, pois a substância continua sendo ferro. c) Físico-químico, pois há alteração na forma da substância. d) Não é exemplo de fenômeno. Exercícios Complementares 4. (F.E.-SP) Sejam os seguintes fenômenos: I. sublimação da naftalina, II. formação da ferrugem, III. queima do álcool comum, IV. fusão do gelo. São químicos: a) todos b) nenhum c) somente II e III d) somente I e III e) somente II e IV 5. (MACKENZIE-SP) I. Fusão do gelo, II. Sublimação do iodo, III. Digestão dos alimentos, IV. Queima de madeira. São exemplos de fenômenos: a) I e II químicos b) I e IV físicos c) II e III físicos d) II e IV químicos e) III e IV químicos 6. (UDESC) Aquecendo uma fita de magnésio até a combustão, notamos o desprendimento de fumaça, restando um pó branco. Isso é exemplo de fenômeno: a) Físico, pois alterou a estrutura do magnésio. b) Químico, pois houve a formação de novas substâncias. c) Físico, pois podemos juntar o pó branco e a fumaça, recuperando o magnésio. d) Não é exemplo de fenômeno. 4 SUBSTANCIA PURA E MISTURA A substancia é considerada pura quando, no sistema onde está contida, encontramos apenas partículas dessa substancia. Caso haja no sistema mais de um tipo de substancia, teremos uma mistura. Diferença Pratica Entre Uma Substancia Pura e Uma Mistura A substância pura apresenta propriedades físicas bem definidas, inclusive pontos de fusão e ebulição (temperaturas que permanecem fixas durante todo o processo). Quando o material não possui todas as propriedadesdefinidas e bem determinadas ou quando as propriedades de um material variam mesmo que as condições de temperatura e pressão sejam mantidas, dizemos que esse material é uma mistura. Veja os gráficos das Figuras 1 e 2. Não existem duas substâncias com todas as propriedades iguais. Assim, como exemplos de substâncias puras podemos citar: · Água destilada · Álcool etílico · Gás carbônico · Ferro · Mercúrio · Oxigênio Como exemplos de misturas podemos citar, dentre outros: Granito: mica, quartzo e feldspato em proporções variadas; Petróleo: inúmeras substâncias como metano, etano, eteno, propano, butano, etc. Madeira: celulose, lignina, água, ácido acético e outras substâncias em porcentagens variadas. Aço: ferro(98,5%), carbono(1,5%¨), em massa; Ar atmosférico: gás nitrogênio(78%), gás oxigênio(≡20%), gás argônio(≡1%), gás carbônico, vapor d’água e outros gases(≡1%), em volume. Os materiais podem ser formados de uma substância ou de uma mistura de substâncias. Para classificá-los de uma forma ou de outra, basta verificar se suas propriedades físicas, químicas, organolépticas, e funcionais são constantes e bem determinadas (substancia) ou se são variáveis (misturas). Outro critério para classificar um material --- Substância e mistura --- é observar o numero de fases que ele possui. Cada fase de um material é identificada pelas seguintes características: Possui aspecto visual uniforme, mesmo ao ser examinada num ultramicroscópio. Possui propriedades específicas constantes em toda a sua extensão. Assim, por exemplo, se examinamos ao ultramicroscópio o aspecto visual de um sistema com álcool hidratado e de outro com sangue, veremos que o primeiro é totalmente uniforme, portanto constituído de uma única fase; já o segundo apresenta um aspecto desigual que não pode ser percebido a olho nu, mas é claramente visível ao ultramicroscópio, portanto é constituído de mais de uma fase. Dizemos que um material ou sistema é homogêneo quando ele possui uma única fase, ou seja, é monofásico. Material ou sistema homogêneo é aquele que possui uma única fase. Como exemplos, podemos citar: Qualquer substância que se apresenta numa única fase de agregação, como água liquida, fero sólido, amônia gasosa. Qualquer mistura na qual as substância componentes estejam, totalmente dissolvidas umas nas outras (uniformemente distribuídas e espalhadas), como álcool hidratado( água e álcool etílico) ou gás oxigênio e gás nitrogênio ou ouro de 18 quilates( 75% de ouro, 12,5% de prata e 12,5% de cobre) 5 Soluções: Misturas homogêneas As misturas homogêneas são denominadas soluções. Do ponto de vista prático, consideramos que as soluções são formadas de um solvente ( o componente que se encontra em maior quantidade) e um ou mais solutos( componentes em menor quantidade). Características: Não podem ser observadas nem com ajuda de um ultramicroscópio, embora exista atualmente um aparelho denominado microscópio de tunelamento eletrônico, capaz de simular por computador a imagem das partículas que compõem determinadas soluções sólidas (ouro 18 quilates, por exemplo). Não podem ser separadas do solvente por nenhum processo mecânico, como a ultracentrifugação ou a ultrafiltração. Podem ser encontradas em qualquer fase de agregação: sólidas, liquidas ou gasosas. Dizemos que um material ou sistema é heterogêneo quando ele possui mais de uma fase; nesse caso pode ser bifásico (duas fases), trifásico(três fases), tetrafásico (quatro fases) ou até polifásico( inúmeras fases). Material ou sistema heterogêneo é aquele que possui duas ou mais fases Os materiais ou sistemas heterogêneos podem ser divididos em dois grupos distintos; as dispersões grosseiras e as dispersões coloidais; os componentes de uma misturas heterogênea, também do ponto de vista prático, são divididos em dispergente (o componente que se encontra em maior quantidade) e um ou mais dispersos(componentes em menor quantidade). ANÁLISE IMEDIATA Na natureza, raramente encontramos substâncias puras. Em função disso, é necessário utilizarmos métodos de separação se quisermos obter uma determinada substância. Para a separação dos componentes de uma mistura, ou seja, para a obtenção separada de cada uma das suas substâncias puras que deram origem à mistura, utilizamos um conjunto de processos físicos denominados análise imediata. Esses processos não alteram a composição das substâncias que formam uma dada mistura. A escolha dos melhores métodos para a separação de misturas exige um conhecimento anterior de algumas das propriedades das substâncias presentes. Assim, se tivermos uma mistura de açúcar e areia, devemos saber que o açúcar se dissolve na água, enquanto a areia não se dissolve. Muitas vezes, dependendo da complexidade da mistura, é necessário usar vários processos diferentes, numa sequência que se baseia nas propriedades das substâncias presentes na mistura. Alguns dos métodos de separação são tão comuns que nem pensamos neles como processos de separação, por exemplo, a "escolha" dos grãos de feijão (catação) e a separação de amendoim torrado das suas cascas (ventilação), ou ainda as máquinas existentes em bancos, as quais separam as moedas em função de seus tamanhos (tamisação). Esse processo é também usado para separar laranjas em diferentes tamanhos ou quando usamos uma peneira. Vamos estudar agora, alguns desses principais processos de separação. 01. Separação Dos Componentes De Misturas Heterogêneas I - Sólido - Sólido a) Catação: usando a mão ou uma pinça, separam-se os componentes sólidos. b) Ventilação: o sólido menos denso é separado por uma corrente de ar. c) Levigação: o sólido menos denso é separado por uma corrente de água. A levigação é usada, por exemplo, para separar areia e ouro: a areia é menos densa e por isso, é arrastada pela água corrente; o ouro, por ser mais denso, permanece no fundo da bateia. d) Separação magnética: um dos sólidos é atraído por um ímã. Esse processo é utilizado em larga escala para separar alguns minérios de ferro de suas impurezas. e) Cristalização fracionada: todos os componentes da mistura são dissolvidos em um líquido que, em seguida, sofre evaporação provocando a cristalização separada de cada componente. A cristalização fracionada é usada, por exemplo, nas salinas para a obtenção de sais a partir da água do mar. A evaporação da água permite a cristalização de diferentes sais, sendo que o último a ser obtido é o cloreto de sódio (NaCl), usado na alimentação. f) Dissolução fracionada: um dos componentes sólidos da mistura é dissolvido em um líquido. Por exemplo, a mistura sal + areia. Colocando-se a mistura em um recipiente com água, o sal irá se dissolver e a areia se depositar 6 no fundo do recipiente, podendo agora ser separados pelos seguintes processos: a filtração separa a areia (fase sólida) da água salgada (fase líquida) e com a evaporação da água obteremos o sal. g) Peneiração: usada para separar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes. São usadas peneiras que tenham malhas diferentes. Industrialmente, usam-se conjuntos de peneiras superpostas que separam as diferentes granulações. h) Fusão fracionada: Serve para separar sólidos, tomando por base seus diferentes pontos de fusão. Baseia-se, portanto, num aquecimento da mistura com controle da temperatura. i) Sublimação: é usada quando um dos sólidos, por aquecimento, se sublima (passa para vapor), e o outro permanece sólido. Exemplo: sal e iodo ou areia e iodo (o iodo se sublima por aquecimento). Obs.:As principais substâncias que podem ser separadas por sublimação são: o iodo, o enxofre e a naftalina (naftaleno). II- Sólido - Líquido a) Decantação: a fase sólida, por ser mais densa, sedimenta-se, ou seja, deposita-se no fundo do recipiente Obs.: a separação das duas fases pode ser feita de duas maneiras: vira-se lentamente a mistura em um outro frasco; com o auxílio de um sifão, transfere-se a fase líquida para um outro frasco (sifonação) b) Centrifugação: é uma maneira de acelerar o processo de decantação, utilizando um aparelho denominado centrifuga. Na centrífuga, devido ao movimento de rotação, as partículas de maior densidade, por inércia , são arremessadas para o fundo do tubo. c) Filtração simples: a fase sólida é separada com o auxílio de papéis de filtro. A preparação do café e o filtro de água são dois exemplos do uso da filtração no dia-a-dia. d) Filtração à vácuo: O processo de filtração pode ser acelerado pela filtração à vácuo, onde uma trompa de vácuo "suga" o ar existente na parte interior do kitassato, o que permite um mais rápido escoamento do líquido. Observe o esquema ao lado. III- Líquido - Líquido Decantação: separam-se líquidos imiscíveis com densidades diferentes; o líquido mais denso acumula-se na parte inferior do sistema. Em laboratório usa-se o funil de bromo, também conhecido como funil de decantação, ou ainda, funil de separação. Num sistema formado por água e óleo, por exemplo, a água, por ser mais densa, localiza-se na parte inferior do funil e é escoada abrindo-se az torneira de modo controlado. A decantação pode ser feita de uma maneira mais rudimentar, utilizando-se um sifão (sifonação). IV- Gás - Sólido a) Decantação: a mistura passa através de obstáculos, em forma de zigue-zague, onde as partículas sólidas perdem velocidade e se depositam. Industrialmente, esse processo é feito em equipamento denominado câmara de poeira ou chicana, conforme o esquema: b) Filtração: A mistura passa através de um filtro, onde o sólido fica retido. Esse processo é muito utilizado nas indústrias, principalmente para evitar o lançamento de partículas sólidas na atmosfera. A filtração é também usada nos aspiradores de pó, onde o sólido é retido (poeira) à medida que o ar é aspirado. 02 . Separação dos Componentes de Mistura Homogênea I- Sólido - Líquido Nas misturas homogêneas sólido-líquido (soluções), o componente sólido encontra-se totalmente dissolvido no líquido, o que impede as sua separação por filtração. A maneira mais comum de separar os componentes desse tipo de mistura está relacionada com as diferenças nos seus pontos de ebulição (PE). Isto pode ser feito de duas maneiras: a) Evaporação: a mistura é deixada em repouso ou é aquecida até o líquido (componente mais volátil) sofra evaporação. Esse processo apresenta um inconveniente: a perda do componente líquido. b) Destilação simples: a mistura é aquecida em uma aparelhagem apropriada, de tal maneira que o componente líquido inicialmente evapora e, a seguir, sofre condensação, sendo recolhido em outro frasco. Veja como é feita a destilação em laboratório: Obs: A entrada de água corrente no condensador deve ser feita pela parte inferior do aparelho para permitir que seu tubo externo esteja sempre completamente preenchido por água fria, que irá sair pela parte superior. 7 II - Liquido - Líquido a)Destilação fracionada: consiste no aquecimento da mistura de líquidos miscíveis (solução), cujos pontos de ebulição (PE) não sejam muito próximos. Os líquidos são separados na medida em que cada um dos seus pontos de ebulição é atingido. Inicialmente, é separado o líquido com menor PE; depois, com PE intermediário e assim sucessivamente até o líquido de maior PE. A aparelhagem usada é a mesma de uma destilação simples, com o acréscimo de uma coluna de fracionamento ou retificação. Um dos tipos mais comuns de coluna de fracionamento apresenta no seu interior um grande número de bolinhas de vidro, em cuja superfície ocorre condensação dos vapores do líquido menos volátil, ou seja, de maior ponto de ebulição, que voltam para o balão. Enquanto isso, os vapores do líquido mais volátil atravessam a coluna e sofrem condensação fora dela, no próprio condensador, sendo recolhidos no frasco. Só depois de todo o líquido mais volátil ter sido recolhido é que o líquido menos volátil passará por evaporação e condensação. Obs: Esse processo é muito utilizado, principalmente em indústrias petroquímicas, na separação dos diferentes derivados do petróleo. Nesse caso, as colunas de fracionamento são divididas em bandejas ou pratos. Esse processo também é muito utilizado no processo de obtenção de bebidas alcoólicas (alambique). Existem casos de misturas homogêneas de líquidos que não podem ser separadas por processos físicos como, por exemplo, a destilação. Isso porque tais misturas destilam em proporções fixas e constantes, como se fosse uma substância pura. Essas misturas são denominadas misturas azeotrópicas. Assim, o álcool etílico forma com a água uma mistura azeotrópica (95,5% de álcool e 4,5% de água) que destila à temperatura de 78,1° C. Então, para obtermos o álcool anidrido ou álcool absoluto (álcool puro) utilizamos processos químicos. Adicionamos à mistura azeotrópica água e álcool, por exemplo, óxido de cálcio (CaO), que reage com a água produzindo hidróxido de cálcio Ca(OH)2. A seguir, submetemos a mistura a uma destilação, pois agora somente o álcool destila, sendo portanto, recolhido puro no béquer. Observe na tabela abaixo, alguns casos de misturas azeotrópicas: MISTURA AZEOTRÓPICA PE álcool etílico (95,5%) + água (4,5%) 78,1° C acetona (86,5%) + metanol (13,5%) 56° C álcool etílico (7%) + clorofórmio (93%) 60° C ácido fórmico (77,5%) + água (22,5%) 107,3° C III - Gás - Gás a) Liquefação fracionada: a mistura de gases passa por um processo de liquefação e, posteriormente, pela destilação fracionada. Obs.: Uma aplicação desse processo consiste na separação dos componentes do ar atmosférico: N2 e O2. Após a liquefação do ar, a mistura líquida é destilada e o primeiro componente a ser obtido é o N2, pois apresenta menor PE (-195,8 ° C); posteriormente, obtém-se o O2, que possui maior PE (-183 ° C). b) Adsorção: Consiste na retenção superficial de gases. Algumas substâncias, tais como o carvão ativo, têm a propriedade de reter, na sua superfície, substâncias no estado gasoso. Uma das principais aplicações da adsorção são as máscaras contra gases venenosos. Testes de Revisao do Capítulo 1) Sao fenômenos que envolvem transformações químicas, exceto: a) Azedamento do leite b) Cozimento do feijao c) Digestao do amido d) Congelamento da carne Assinale entre as afirmativas abaixo, a que apresenta apenas fenômenos químicos: a) Acender uma lâmpada, ferver água, tocar uma nota no violão b) Explodir uma carga de dinamite, secar a roupa no varal, queimar álcool c) Congelar água, fundir ferro, misturar agua com açúcar d) Cozinhar um ovo, digerir os alimentos, descorar a roupa com água sanitária Qual dos fenômenos abaixo nao envolve uma transformação química? a) A fusão do gelo b) A digestão dos alimentos c) A combustão da gasolina d) A queima de uma vela Fenômeno químico e sinônimo de: a) Elemento químico b) Composto químico c) Equação química d) Reação químico 8 (CEFET-2005) O vinho, bebida alcóolica conhecida em todo o mundo, e uma mistura homogênea. Para separar seus componentes pode- se usar a: a) filtração b) destilação c) decantação d) centrifugação LEIS DAS COMBINAÇÕES QUÍMICAS A Química, até meadosdo século XVIII, era apenas uma arte. As reações químicas eram praticadas sem que o homem conseguisse estabelecer uma relação entre massas de reagentes e produtos. Com a utilização da balança por Lavoisier, a Química passou do empirismo para o rigor dos métodos científicos. A partir daí, estabeleceram-se as Leis que regem as Combinações Químicas. As Leis das Combinações Químicas classificam-se em: LEIS PONDERAIS São aquelas que estabelecem relações entre as massas das substâncias que participam de uma reação química. As leis ponderais são: Lei de Lavoisier ou Lei da Conservação da Massa. ENUNCIADO QUÍMICO: "Nas reações químicas realizadas em recipientes fechados, a soma das massas dos reagentes ou reatantes é igual à soma das massas dos produtos". ENUNCIADO FILOSÓFICO: "A matéria não pode ser criada nem destruída, pode apenas ser transformada". Ou ainda, "na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma". Comprovação da Lei Considerando a reação que ocorre numa "lâmpada flash" (é um sistema fechado que contém em seu interior o metal magnésio e o gás oxigênio). Pela passagem de corrente elétrica através do magnésio e oxigênio, ocorre uma reação química e o magnésio se incendeia. O magnésio e o oxigênio desaparecem e há formação de um novo composto branco, o óxido de magnésio. Comparando-se a massa inicial e a final, constata-se que a mesma permanece constante. É interessante notar que durante séculos a humanidade não despertou para a idéia da conservação da massa numa reação química. Os sistemas montados eram sempre abertos e, com isso, os resultados obtidos apresentavam sempre uma variação de massa, uma vez que os gases podiam sair e entrar do sistema. Os antigos acreditavam que, quando se queimava uma substância, a matéria desaparecia. Mas na verdade esqueciam de computar na massa final os gases que se desprendiam da reação, ou seja, eram computadas apenas as cinzas. Lei de Proust ou Lei das Proporções Constantes. "A proporção com que um ou mais elementos se combinam para formar uma substância é constante". "Numa reação química, seja qual for, as massas das substâncias participantes guardam entre si uma relação fixa e constante". "Um determinado composto químico, qualquer que seja a sua procedência, ou método de preparação, é sempre formado pelos mesmos elementos químicos combinados na mesma proporção em massa". Comprovação da Lei Retornemos à reação entre magnésio e o oxigênio, que se verifica na "lâmpada flash". Se a quantidade de magnésio que reage é 2,4 g verifica-se, experimentalmente, que a quantidade de oxigênio que reagiu é 1,6 g, mesmo que a reação seja repetida várias vezes. Se utilizarmos 1,2 gramas de magnésio, a quantidade necessária de oxigênio será 0,8 g, ou seja, a proporção entre oxigênio e magnésio deve ser a mesma: 3:2. Consequências da Lei de Proust A lei de Proust permitiu o cálculo da composição centesimal e as fórmulas dos compostos. Composição centesimal são as porcentagens, em massa, dos elementos formadores de um composto. 9 Lei de Dalton ou Lei das Proporções Múltiplas "As diferentes massas de um elemento, que reagem com a massa fixa de outro elemento para formar compostos distintos, em cada caso, estão, numa relação de números inteiros e geralmente simples, entre si ". "Quando dois elementos se combinam para formar compostos mantendo-se constante a massa de um deles, as massas do outro variam segundo números inteiros e pequenos". Comprovação da Lei O nitrogênio se combina com o oxigênio, formando diferentes óxidos: Óxidos Nitrogênio Oxigênio N2O1 28 g 16 g N2O2 28 g 32 g N2O3 28 g 48 g N2O4 28 g 64 g N2O5 28 g 80 g Verifica-se que, permanecendo constante a massa do nitrogênio, as massas do oxigênio, entre si, numa relação simples de números inteiros e pequenos, ou seja, 1:2:3:4:5. Lei de Richter-Wenzel ou Lei das Proporções Recíprocas "A massa de dois elementos que se combinam separadamente com a mesma massa de um elemento, são as mesmas, suas múltiplas ou submúltiplas, com que eles se combinam entre si, caso isso seja possível". "Quando a massa fixa de um elemento se combina com massas variáveis de outros elementos para formar diferentes compostos, se estes elementos se combinam entre si, combinar- se-ão segundo estas mesmas massas, ou múltiplas, ou submúltiplas". Comprovação da Lei Combinando-se agora, o cloro e o oxigênio na mesma proporção com que foram combinados com o hidrogênio, teremos: LEIS VOLUMÉTRICAS São aquelas que estabelecem relações entre os volumes dsa substâncias que participam de uma reação química. As leis volumétricas podem ser englobadas em uma única lei, que é a Lei de Gay-Lussac. Lei de Gay-Lussac "Os volumes dos gases que reagem e os volumes dos gases formados numa reação química guardam, entre si, uma relação simples, expressas por números inteiros e pequenos, quando medidos nas mesmas condições de temperaturas e pressão". Comprovação da Lei Hipótese de Avogadro. “Volumes iguais de gases quaisquer à mesma pressão e temperatura contêm o mesmo número de moléculas”. A hipótese de Avogadro introduziu o conceito de molécula em química. Consequências da hipótese de Avogadro - A proporção volumétrica numa reação é dada pelos coeficientes das substâncias na equação da reação, quando essas substâncias estiverem no estado gasoso, à mesma pressão e temperatura: aA(g) + bB(g) ® cC(g) + dD(g) (mesma pressão e temperatura) Exercícios de Leis Ponderais 1) A reação entre 23g de álcool etílico e 48g de oxigênio produziu 27g de água, ao lado de gás carbônico. A massa de gás carbônico obtida foi de: a) 44g. b) 22g. c) 61g. d) 88g. e) 18g. 2) Dado o fenômeno abaixo: metano + oxigênio → gás carbônico + água (x + 3)g (6x + 2)g (6x - 8)g (3x + 3)g 10 Podemos afirmar que: a) Estão reagindo 5g de metano com 32g de oxigênio. b) A massa de água produzida é de 33g. c) São obtidos 38g de gás carbônico. d) O oxigênio usado pesa 32g. e) A massa total dos reagentes é de 15g. 3) Num recipiente foram misturados 5g de hidrogênio com 42g de oxigênio. Após a reação pudemos observar, ao lado do oxigênio, a formação de 45g de água. A massa do oxigênio em excesso é de: a) 47g b) 15g c) 40g d) 87g. e) 2g. 4) Considerando a reação 2NO + O2 → 2NO2 , efetuada a pressão e temperatura constantes, podemos afirmar que, durante a reação, permanecem constantes: a) A massa e o volume totais do sistema. b) A massa total e o número total de moléculas. c) A massa total e o número total de átomos. d) O volume total e o número total de moléculas. e) O volume total e o número total de átomos. 5) Comparando reagentes e produto na reação CO (g) + 1 / 2 O2 (g) → CO2 (g), pode-se dizer que apresentam iguais: I. - Número de átomos. II. - Número de moléculas. III. - Massa. Dessas afirmações, apenas: a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e II são corretas. e) I e III são corretas. 6) A afirmativa “Numa reação química, a soma das quantidades dos reagentes é igual à soma das quantidades dos produtos da reação”. a) É sempre verdadeira na química. b) Só é verdadeira quando as quantidades forem em massa. c) Só é verdadeira quando as quantidades forem em volume. d) É verdadeira quando as quantidades forem em massa ou em número de moléculas. e) É verdadeira quando as quantidades forem em volumes ou em número de moléculas 7) De acordocom a lei de Lavoisier, quando fizermos reagir completamente, em ambiente fechado 1,12g de ferro com 0,64g de enxofre, a massa, em gramas, de sulfeto de ferro obtida será de: a) 2,76g b) 2,24g c) 1,76g d) 1,28g e) 0,48g 8) Provoca-se reação da mistura formada por 10,0g de hidrogênio e 500g de cloro. Após a reação, constata-se a presença de 145g de cloro remanescente, junto com o produto obtido. A massa, em gramas, da substância formada é: a) 155g. b) 290g. c) 365g. d) 490g. e) 510g. 9) Os pratos A e B de uma balança foram equilibrados com um pedaço de papel em cada prato e efetuou-se a combustão apenas do material do prato A. Esse procedimento foi repetido com palha de aço em lugar de papel. Após cada combustão, observou-se: Com papel Com palha de aço A A e B no mesmo nível A e B no mesmo nível B A abaixo de B A abaixo de B C A acima de B A acima de B D A acima de B A abaixo de B E A abaixo de B A e B no mesmo nível 10) 18g de um metal são adicionados a 40g de enxofre. Após a reação, verifica-se a formação de 50g de sulfeto do metal ao lado de excesso de enxofre. A massa de enxofre que não reagiu foi de: a) 4g b) 6g c) 8g d) 10g e) 12g 11) Sabemos que 7g de nitrogênio reagem totalmente com 1,5g de hidrogênio, produzindo gás amoníaco. A massa de gás amoníaco que iremos obter nessa reação quando misturamos 2,1g de nitrogênio com uma quantidade suficiente de hidrogênio é: a) 8,1g. b) 10,2g. c) 2,55g. d) 4,00g. e) 3,60g. 11 12) 8g de hidróxido de sódio reagem com quantidade suficiente de ácido sulfúrico produzindo 14,2g de sulfato de sódio e certa quantidade de água. Que massa de hidróxido de sódio é necessária para, em reação com o ácido sulfúrico, produzir 35,5g de sulfato de sódio? a) 7,1g. b) 14,2g. c) 21,3g. d) 20g. e) 16g. 13)Analise os dados abaixo referentes a uma série de três experiências realizadas, envolvendo uma determinada reação (os dados constantes nesta tabela correspondem às quantidades estequiometricamente envolvidas na reação). REAGENTES PRODUTOS A B C D 1ª MA MB MC 7,0g 2ª 2 MA 24,0g 15,0g m’D 3ª 12,5g m’’B m’’c 35,0g Na terceira experiência houve formação de 35,0g de “D”. A massa de C na terceira experiência foi de: a) 25,0g. b) 37,5g. c) 45,0g. d) 75,0g. e) 105,0g. 14) O quociente entre as massas de dois elementos A e B, que reagem exatamente entre si originando o composto AB, é igual a 0,75. Misturando-se 24,0g de A e 40,0g de B, ao término da reação, verifica-se que: a) Houve a formação de 64,0 g de AB. b) Houve a formação de 56,0 g de AB, com excesso de 8,0 g de A. c) 80 % da massa de B reagiram completamente com 24,0 g de A. d) 16,0 g de A reagem integralmente com 40,0 g de B. e) Não há reação, porque as massas postas em contato não são estequiométricas. 15) Considere as substâncias M, P, Q, R, componentes da equação M + P → Q + R. Ao se utilizar 10,0 g de P, obteve-se 4,0 g de Q; em outra experiência utilizou-se 10,0 g de M e obteve-se 20,0 g de R. Concluiu-se que, num terceiro experimento, a massa de R obtida a partir de 5,0 g de P é: a) 2,0 g. b) 5,0 g. c) 6,0 g. d) 10,0 g. e) 20,0 g. 16) Na reação genérica A + B → C + D a relação entre as massas de A e B é igual a 0,6 e de B e C é igual a 2. Colocando-se 80 g de B para reagir com A, pode-se afirmar que a massa formada de D é igual a: a) 40 g. b) 48 g. c) 80 g. d) 88 g. e) 100 g. 17) (Covest-2000-2ªf) O etanol é obtido da sacarose por fermentação conforme a equação: C12H22O11 (aq) + H2O (l) ↔ 4C2H5OH (aq) + 4CO2 (g) Determine a massa de etanol obtida pela fermentação de 171g de sacarose. As massas molares da sacarose e do etanol são, respectivamente, 342 g e 46 g. LIGAÇÃO QUÍMICA É impossível se pensar em átomos como os constituintes básicos da matéria sem se pensar em ligações químicas. Afinal, como podemos explicar que porções tão limitadas de matéria, quanto os átomos, possam formar os corpos com que nos deparamos no mundo macroscópico do dia-a-dia. Também é impossível se falar em ligações químicas sem falarmos em elétrons. Afinal, se átomos vão se unir uns aos outros para originar corpos maiores, nada mais sensato do que pensar que estes átomos entrarão em contato entre si. Quando dois átomos entram em contato, o fazem a través das fronteiras das suas eletrosferas, ou seja, de suas últimas camadas. Isso faz pensar que a última camada de um átomo é a que determina as condições de formação das ligações químicas. Em 1868, Kekulé e Couper, propuseram a utilização do termo valência para explicar o poder de combinação de um átomo com outros. A valência de um dado elemento é que determina as fórmulas possíveis ou não de compostos formados por ele. A primeira situação seria entender por que dois ou mais átomos se ligam, formando uma substância simples ou composta. Como, na 12 natureza, os únicos átomos que podem ser encontrados no estado isolado (moléculas monoatômicas) são os gases nobres, logo se pensou que os demais átomos se ligariam entre si tentando alcançar a configuração eletrônica do gás nobre mais próximo deles na tabela periódica. Todos os gases nobres, com exceção do He, possuem 8 elétrons. Esta maneira de pensar a ligação entre os átomos passou a ser conhecida por Teoria do octeto, e foi proposta por Kossel e Lewis no início do século XX. Baseado nessa idéia, a valência de um átomo passou a ser vista como a quantidade de elétrons que um átomo deveria receber, perder ou compartilhar para tornar sua última camada (camada de valência) igual a do gás nobre de número atômico mais próximo. As ligações químicas podem ser classificadas em três categorias: Iônica Covalente normal e dativa Metálica Ligação Iônica Como o próprio nome já diz, a ligação iônica ocorre com a formação de íons. A atração entre os átomos que formam o composto é de origem eletrostática. Sempre um dos átomos perde elétrons, enquanto o outro recebe. O átomo mais eletronegativo arranca os elétrons do de menor eletronegatividade. Ocorre entre metais e não metais e entre metais e hidrogênio. Átomo com facilidade para liberar os elétrons da última camada: metal Átomo com facilidade de adicionar elétrons à sua última camada: não metal A ligação iônica ocorre entre metais e não metais. Num composto iônico, a quantidade de cargas negativas e positivas é igual. A ligação entre o sódio (11Na) e o cloro (17Cl) é um exemplo característico de ligação iônica. Observe a distribuição dos elétrons em camadas para os dois elementos: Na → 2 - 8 - 1 Cl → 2 - 8 - 7 Para o cloro interessa adicionar um elétron à sua última camada, completando a quantidade de oito elétrons nela. Ao sódio interessa perder o elétron de sua camada M, assim a anterior passará a ser a última, já possuindo a quantidade necessária de elétrons. Na representação da ligação, utilizamos somente os elétrons da última camada de cada átomo. A seta indica quem cede e quem recebe o elétron. Cada elétron cedido deve ser simbolizado por uma seta. Esta representação é conhecida por fórmula eletrônica ou de Lewis. O sódio possuía inicialmente 11 prótons e 11 elétrons. Após a ligação, a quantidade de prótons não se altera e a de elétrons passa a ser 10. O cloro que inicialmente possuía 17 prótons e 17 elétrons, tem sua quantidade de elétrons aumentada de uma unidade após a ligação.Com isso o sódio se torna um íon de carga 1+ e o cloro 1-. A força que mantém os dois átomos unidos é de atração elétrica, ou seja, uma ligação muito forte. Como foram utilizados um átomo de cada tipo, a fórmula do composto será NaCl. De maneira análoga podemos observar a ligação entre o flúor (9F) e o alumínio (13Al). O alumínio perde os três elétrons de sua última camada, pois a penúltima já possui os oito elétrons necessários. Como o átomo de flúor possui 7 elétrons em sua última camada, precisa de apenas mais um elétron. São necessários três átomos de flúor para acomodar os três elétrons cedidos pelo alumínio. De maneira análoga ao exemplo anterior, ocorre a formação de íons positivo e negativo devido a quebra do equilíbrio entre as quantidades de prótons e elétrons nos átomos. O alumínio passa a ser um íon de carga 3+ e o flúor 1-. A fórmula do composto será AlF3. Ligação covalente simples É o tipo de ligação que ocorre quando os dois átomos precisam adicionar elétrons em suas últimas camadas. Somente o compartilhamento é que pode assegurar que estes átomos atinjam a quantidade de elétrons necessária em suas últimas camadas. Cada um dos átomos envolvidos entra com um elétron para a formação de um par compartilhado, que a partir da formação passará a pertencer a ambos os átomos. Ocorrem entre não metais e não metais, não metais e hidrogênio e entre hidrogênio e hidrogênio. O hidrogênio possui somente uma camada contendo um único elétron, compartilhando 1 elétron, atinge a quantidade 13 necessária para a camada K, que é de dois elétrons. Os elétrons compartilhados passam a ser contados para as eletrosferas dos dois átomos participantes da ligação. Na molécula de nitrogênio ocorrem três ligações covalentes entre os dois átomos. 7N → 2 - 5 Estas três ligações garantem que os dois átomos de nitrogênio atinjam a quantidade de oito elétrons nas suas últimas camadas. A ligação covalente entre dois átomos iguais é dita apolar, pois nela os elétrons são compartilhados de maneira igual, nenhum dos átomos tem mais força que o outro para atrair o elétron para si. A molécula de CO2 é formada por dois átomos de oxigênio e um de carbono unidos através de ligações covalentes. 6C → 2 - 4 8O → 2 - 6 O átomo de carbono compartilha 4 elétrons e cada átomo de carbono 2, garantindo assim que ambos atinjam os oito elétrons nas últimas camadas. Como a ligação é entre átomos diferentes e com diferentes eletronegatividades, a ligação é dita polar pois o átomo de oxigênio atrai para si mais fortemente os elétrons compartilhados. Além da fórmula eletrônica, os compostos covalentes podem ser representados pela fórmula estrutural, onde cada par compartilhado é representado por um traço. Ex: H - H, O = C = O. Uma ligação covalente unindo dois átomos é dita simples. O conjunto de duas ligações unindo dois átomos é dito dupla ligação. O conjunto de rês ligações unindo dois átomos é dito tripla ligação. Ligação covalente dativa ou coordenada A existência de algumas moléculas não pode ser explicada simplesmente através da ligação covalente simples. Para estes casos foi formulada a teoria da ligação covalente coordenada. Neste tipo de ligação, um dos átomos que já estiver com última camada completa entra com os dois elétrons do par compartilhado. Este par de elétrons apresenta as mesmas características do da ligação covalente simples, a única diferença é a origem dos elétrons, que é somente um dos átomos participantes da ligação. Os elétrons do par passam a pertencer a ambos os átomos participantes. A ligação covalente coordenada é representada por uma seta que se origina no átomo doador e termina no átomo receptor. Dadas as distribuições eletrônicas em camadas para os átomos de 16S e 8O. S → 2 - 8 – 6 O → 2 - 6 Compartilhando dois elétrons através de ligações covalentes simples, ambos os átomos atingem os oito elétrons na última camada. No entanto, esta molécula ainda pode incorporar ainda um ou dois átomos de oxigênio. Tal fato só pode ser explicado se o enxofre utilizar um ou dois pares de elétrons não envolvidos em ligações para formar um ou dois pares dativos com o oxigênio. Outra molécula que não pode ser explicada somente com a ligação covalente simples é a de CO2. O interessante desta molécula é que a ligação covalente dativa ocorre do átomo mais eletronegativo (O) para o menos eletronegativo (C). 14 Ligação metálica É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos de metais. Os átomos dos elementos metálicos apresentam forte tendência a doarem seus elétrons de última camada. Quando muitos destes átomos estão juntos num cristal metálico, estes perdem seus elétrons da última camada. Forma-se então uma rede ordenada de íons positivos mergulhada num mar de elétrons em movimento aleatório. Se aplicarmos um campo elétrico a um metal, orientamos o movimento dos elétrons numa direção preferencial, ou seja, geramos uma corrente elétrica. REAÇÕES QUÍMICAS As reações químicas são processos através dos quais substâncias são transformadas em outras através do rearranjo dos seus átomos. O estado inicial é representado pelos reagentes e o final pelos produtos. A representação gráfica de uma reação através das fórmulas das substâncias participantes é chamada de equação química. H2O + O2 => 2 H2O (faísca) O número escrito antes da fórmula de uma substância revela a quantidade de moléculas da mesma que participam da reação e é denominado coeficiente. Quando omitido, subentende-se que o mesmo é 1. O número subscrito do lado direito do elemento revela a quantidade de átomos do mesmo na fórmula da substância e é denominado índice. Quando omitido, também subentende-se que o mesmo é 1. São os coeficientes que permitem o balanceamento e a conservação dos átomos na equação química. Nos dois lados da reação as quantidades de cada tipo de átomo devem ser iguais. 2 H2 + O2 → 2 H2O 04 átomos de H 04 átomos de H 02 átomos de O 02 átomos de O Tipos de reações químicas Reações de Síntese: duas ou mais substância originam somente uma como produto. A + B → AB H2 + S → H2S C + O2 → CO2 Reações de análise ou decomposição: formam-se duas ou mais substâncias a partir de uma outra única. AB → A + B NaCl → Na + ½ Cl2 CaCO3 → CaO + CO2 Reações de deslocamento ou simples troca: substância simples desloca um elemento de uma substância composta, originando outra substância simples e outra composta. AB + C → CB + A Quando a substância simples (C) é um metal, ela deverá ser mais reativa (eletropositiva) que A, para poder deslocá-lo. Para isso, devemos nos basear na fila de reatividade ou eletropositividade. <== reatividade ou eletropositividade aumenta =< Cs Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Be Al Mn Zn Cr Fe Co Ni Sn Pb H Sb As Bi Cu Ag Hg Pt Au Um metal que vem antes na fila desloca um que vem depois. 2 Na + FeCl2 => 2 NaCl + Fe A reação ocorre pois o Na é mais reativo que o Fe. Quando a substância simples é um não metal, a reação ocorre se o não metal (C) for mais reativo (eletronegativo) que o não metal B. Para isso, devemos nos basear na fila de reatividade ou eletronegatividade. ← reatividade ou eletronegatividade aumenta← F O N Cl Br I S C P Não metal que vem antes na fila é mais reativo (eletronegativo) e desloca um que vem depois. H2S + Cl2 → 2 HCl + S Reações de substituiçãoou dupla troca: duas substâncias compostas são formadas a partir de outras duas. Substituem-se mutuamente cátions e ânions. AB + CD → AD + CB As reações de neutralização são exemplos característicos de rações de dupla troca. HCl + KOH → KCl + H2O Para a ocorrência das reações de dupla troca, deve ocorrer uma das condições. Forma-se pelo menos um produto insolúvel Forma-se pelo menos um produto menos ionizado (mais fraco) Forma-se pelo menos um produto menos volátil. 15 EQUILÍBRIO QUÍMICO: pH, pOH e Kw Na água ocorre o fenômeno de auto- ionização em baixa extensão: H2O + H2O = H3O1+ + OH1- A representação da constante de equilíbrio para o processo seria: K = [H3O1+] [OH1-] / [H2O] [H2O] K [H2O]2 = [H3O1+] [OH1-] Como a concentração de H2O é constante, pode ser incorporada a K, originando Kw. O Kw é conhecido como produto iônico da água e é dado por: Kw = [H3O1+] [OH1-] O seu valor varia com a temperatura. A 25ºC ele é igual a 10-14. Em outras palavras, Kw = [H3O1+] [OH1-] = [H1+] [OH1-] = 10-14 Daí se conclui que na água pura a 25ºC [H1+] = [OH1-] = 10-7 Este equilíbrio iônico faz com que sempre produto iônico da água seja respeitado. Se adicionarmos íons H1+ na água pura, a concentração do íon OH1- se reduz para manter a constância do produto iônico. Se adicionarmos íons OH1- na água pura, a concentração do íon H1+ se reduz pelo mesmo motivo. A acidez ou basicidade de uma solução depende do predomínio do íon H1+ ou OH1-. Uma maneira bastante prática de expressar a acidez ou basicidade de uma solução é a chamada escala de pH. Esta varia de 0 a 14. O ponto médio, pH = 7, representa o meio neutro ([H1+] = [OH1-]). Para os valores menores que 7, temos o intervalo das soluções ácidas. Nele quanto mais próximo de zero, mais elevado o caráter ácido da solução([H1+] > [OH1-]). Para os valores maiores que 7, temos o intervalo das soluções básicas. Nele quanto mais próximo de 14, mais elevado o caráter básico da solução([H1+] < [OH1-]). O pH de uma solução pode ser definido a partir da concentração molar de íons H3O1+ ou H1+ [H1+] = 10-pH soluções ácidas soluções neutras soluções básicas pH < 7 pH = 7 pH > 7 [H3O1+] > 10- 7 mol/L [H3O1+] = 10-7 mol/L[ [H3O1+] < 10-7 mol/L [OH1-] < 10-7 mol/L [OH1-] = 10-7 mol/L [OH1-] > 10-7 mol/L As definições de pH e pOH são dadas por: pH = log (1/[H1+]) => pH = - log [H1+] pOH = log (1/[OH1-]) => pH = - log [OH1-] Como [H1+] [OH1-] = 10-14 log [H1+] + log [OH1-] = log 10-14 log [H1+] + log [OH1-] = -14 - log [H1+] - log [OH1-] = 14 pH + pOH = 14 [H1+] = 0,001M = 10-3M pH = 3 como a soma de pH e pOH sempre dá 14 (25°C), temos que pOH = 11 [OH1-] = 10-11 [OH1-] = 0,01 = 10-2M pOH = 2 como a soma de pH e pOH sempre dá 14 (25°C), temos que pH = 12 [H1+] = 10-12M Generalizando, [H1+] = 10-n pH = n [OH-1] = 10-14/10-n = 10(-14 - n) pOH = 14 - n Exemplo 1: (ESPM) Um proprietário de terras resolveu construir tanques de pesca. Escavou a terra, encheu o tanque de água e colocou algumas espécies de peixes. Após algum tempo, observou a contragosto que alguns peixes morreram. Levando uma amostra da água para análise, foi constatado que a água estava muito ácida e a concentração de íons H3O1+ era igual a 10-5mol/L. Dado o pH de sobrevivência de algumas espécies de peixe (abaixo desse pH os peixes morrem), responda quais espécies poderão sobreviver neste tanque. 16 peixe pH de sobrevivência trutas 5,2 carpas 5,4 piabas 4,5 pH = - log [H3O1+] como [H3O1+] = 10-5M pH = - log 10-5 pH = - (-5) log 10 como log 10 = 1 pH = 5 As trutas suportam pH até 5,2 e as carpas até 5,4. Estes dois tipos de peixe morreriam nas condições do tanque. Como as piabas podem sobreviver até em pH = 4,5 , elas sobreviveriam. Exemplo 2 (FUVEST) Ao tomar dois copos de água, uma pessoa diluiu seu suco gástrico (solução contendo ácido clorídrico), de pH = 1, de 50 para 500mL. Qual será o pH da solução resultante logo após a ingestão da água? a) 0 b) 2 c) 4 d) 6 e)10 pH = 1 temos que através de [H3O1+] = 10-pH [H3O1+] = 10-1 M como a diluição foi de um volume de 50 para um de 500mL, a diminuição na concentração de H3O1+ foi de 10 vezes. A concentração caiu de 10- 1 M para 10-2 M. [H3O1+] = 10-2 M pH = - log [H3O1+] pH = - log 10-2 pH = - (-2) log 10 como log 10 = 1 pH = 2 e a alternativa correta é a b. FUNÇÕES INORGÂNICAS Funções químicas são grupos de substâncias, que por apresentarem comportamento químico em comum, são estudadas em grupos. Eletrólitos e não-eletrólitos Eletrólitos são substâncias que, quando dissolvidas em água, conduzem a corrente elétrica. São exemplos de eletrólitos, o NaCl e o HCl. Não eletrólitos, nesta mesma condição, não conduzem a corrente elétrica. São exemplos de não-eletrólitos, o açúcar e o álcool etílico (C2H5OH). Todos os compostos iônicos são eletrólitos e alguns moleculares (ou covalentes) também. O químico Arrhenius, em 1889, sugeriu em sua teoria que os eletrólitos, em solução, se dissociariam em duas partes (íons): uma positiva e outra negativa. Isso explicaria a condução de corrente elétrica por estas soluções. Na realidade, nos compostos iônicos, os íons já se encontram presentes. A água, neste caso, somente separa (dissociação) os íons já existentes. Nos compostos covalentes que são eletrólitos, a água cria condições para que os íons sejam formados e separados. Este processo recebe o nome de ionização. Ionização: HCl → H+ + Cl- Dissociação: NaCl → Na+ + Cl- Conceitos de ácidos e bases Seguindo critério baseado na dissociação/ionização, Arrhenius propôs a Teoria da Dissociação Eletrolítica, onde divide as substâncias em grupos com características químicas distintas. ARRHENIUS: Teoria Iônica (1887) Ácido é todo composto neutro que, em solução aquosa, forma íons H+ como único cátion. Base é todo composto neutro que, em solução aquosa, forma íons OH- como único ânion. BRÖNSTED-LOWRY: Teoria Protônica (1923) Ácido é toda espécie química (molécula ou íon) que doa um próton (H+) numa reação. Base é toda espécie química (molécula ou íon) que recebe um próton (H+) numa reação. LEWIS: Teoria Eletrônica (1923) Ácido é toda espécie química (molécula ou íon) que recebe um par de elétrons numa reação Base é toda espécie química (molécula ou íon) que doa um par de elétrons numa reação. Obs: O átomo de hidrgênio possui 1 próton no núcleo e 1 elétron na eletrosfera. Ao perder o elétron, o átomo de hidrogênio transforma-se no íon H+, isto é, no próton que sobrou. H+ = próton Assim, é sempre necessária a presença de hidrogênio na espécie química que age como ácido de Brönsted-Lowry. 17 O íon H+ tem estabilidade, devendo juntar-se sempre a outra espécie química. Em solução aquosa ele une-se a uma molécula de água formando o íon hidrônio (H3O+). H+ +H2O → H3O+ Para entender o conceito de Lewis, é necessário ter as fórmulas de Lewis, que descrevem a estrutura eletrônica do último nível dos elementos de uma espécie química. Assim, se não existirem pares de elétrons disponíveis (não ligantes) num elemento de espécie envolvida, ele jamais poderá agir como uma base de Lewis, pois não poderá doar elétrons. Da mesma forma, se todos os elementos da espécie envolvida apresentarem o seu último nível completo, ela jamais poderá agir como um ácido de Lewis (pois não poderá receber elétrons). Os conceitos não são contraditórios. Umácido ou uma base de Arrhenius também pode ser um ácido ou uma base de Brönsted-Lowry ou de Lewis. Entretanto, nem todo ácido ou base de Lewis (conceito mais amplo de todos) será também um ácido ou uma base de Brönsted- Lowry ou de Arrhenius. Da mesma forma, nem todos os ácidos ou bases de Brönsted-Lowry serão ácidos ou bases de Arrhenius (conceito mais restrito de todos). As teorias não são contraditórias. CLASSIFICAÇÕES DOS ÁCIDOS Presença ou não de oxigênio Oxiácidos: presença de oxigênio na molécula. Exemplos: H2SO4, HNO3 Hidrácidos: oxigênio não presente na molécula. Exemplos: HCl, HCN Número de hidrogênios ionizáveis Monoácidos: presença de 1 H ionizável. HCl → H+ + Cl- Diácidos: presença de 2 H ionizáveis. H2SO4 → 2 H+ + SO42- Triácidos: presença de 3 H ionizáveis. H3PO4 → 3 H+ + PO43- Volatilidade Voláteis: são gasosos ou líquidos e com baixo ponto de ebulição: HNO3, HCl e H2S Fixos: muito pouco voláteis, somente H2SO4 e H3PO4 GRAU DE IONIZAÇÃO (α): Representado pela letra grega alfa, o grau de ionização é a relação entre a quantidade de moléculas dissociadas e o total de moléculas dissolvidas. Quanto maior o valor de alfa, mais alta a tendência do ácido a se dissociar. O grau de ionização mede a “força” do ácido: quanto maior α , mais ionizado e mais forte será o ácido. α= ___n° de moléculas ionizadas___ N° total de moléculas dissolvidas α (%) = (nº moléculas ionizadas / nº moléculas dissolvidas) x 100 ácidos fortes (alfa maior que 50%): HI, HBr, HCl, HNO3, H2SO4. ácidos médios (alfa entre 5 e 50%): H2SO3, H3PO4, HF. ácidos fracos (alfa menor que 5%): H2S, H3BO3, HCN. ácidos orgânicos. Obs: Para os ácidos oxigenados, podemos determinar a sua força pelo cálculo da diferença (α) entre: N° de átomos de oxigênio – N° de átomos de hidrogênio α = 3 – ác. Muito forte ex. HClO4 α = 2 – ác. Forte ex. HNO3 α = 1 - ác. Moderado ex. H3PO4 α = 0 –ác. Fraco ex. H3BO3 EXCEÇÃO: Ácido Carbônico H2CO3 α = 3- 2=1, porém ele é um ácido fraco e não um ácido moderado. Arrhenius Brönsted-Lowry Lewis 18 Formulação dos ácidos Juntam-se tantos H+ quantos forem necessários para neutralizar a carga do ânion. Para um ânion com carga x-, se utilizam x hidrogênios para formular o ácido. Hx Ax- Exemplos: NO31- HNO3 SO42- H2SO4 PO43- H3PO4 Nomenclatura dos ácidos Hidrácidos (H A): a nomenclatura se baseia no nome do elemento e na terminação ÍDRICO. HCl ácido clorídrico HI ácido iodídrico H2S ácido sulfídrico Oxiácidos (HxAOy): a nomenclatura se baseia no elemento central e no número de oxidação do mesmo na molécula ou no número de oxigênios do ácido. Deve-se memorizar os cinco ácidos de referência e os demais são obtidos, conforme o caso, adicionando-se ou retirando-se átomos de oxigênio da molécula do ácido. nível de hidrataçao do ácido prefixo máximo ORTO intermediário META mínimo PIRO O prefixo orto é dispensável e somente indica que tal ácido pode gerar outro por desidratação. O prefixo meta indica que tal ácido foi obtido pela retirada de uma molécula de água de uma molécula do orto. O prefixo piro indica que tal ácido foi obtido pela retirada de uma molécula de água de 2 moléculas do orto. ácido (orto)fosfórico H3PO4 ácido metafosfórico HPO3 (H3PO4 - H2O) ácido pirofosfórico H4P2O7 (2H3PO4 ou H6P2O8 - 1 H2O) A nomenclatura também pode se basear na tabela de ânions. Este tipode abordagem serve para hidrácidos e oxiácidos. Ao se dar nome a um ácido, deve-se levar em consideração a terminação do nome do ânion que origina o ácido. terminação do ânion / terminação do nome do ácido ETO → ÍDRICO ATO → ICO ITO → OSO Exemplo: Cl1- cloreto → HCl ácido clorídrico SO42- sulfato → H2SO4 ácido sulfúrico Cl21- clorito → HClO2 ácido cloroso Propriedades dos ácidos: 1- Os ácidos possuem sabor azedo 2- Deixam a fenolftaleína incolor e vermelho o papel de tornassol. 3- Reagem com as bases formando sal e água, como veremos mais adiante. 4- O ácido carbônico é instável, decompondo-se facilmente em água e gás carbônico: H2CO3 → H2O + CO2 5- Existem alguns ácidos sólidos, mas a maioria é líquida ou gasosa. Ácidos importantes - HCl = ácido Clorídrico ou ácido muriático. Monoácido forte presente no suco gástrico e usado na limpeza de obras. - HF = ácido fluorídrico. Ácido moderado que reage com sílica do vidro. - HCN = Ácido cianídrico. Ácido fraco e venenoso usado na câmara de gás nos EUA. - H2SO4 = Ácido Sulfúrico. Ácido forte usado na bateria de automóveis, refino de petróleo e produção de adubos; serviria como medida de desenvolvimento industrial de um país. - H3PO4 = Ácido fosfórico. Ácido moderado usado em refrigerantes e na fabricação de fertilizantes. - HNO3 = ácido nítrico. Ácido forte usado na fabricação de adubos e explosivos (TNT). Classificação das Bases quanto ao número de hidroxilas: - Monobases: Possuem apenas uma hidroxila. Ex.: NH4OH, NaOH, KOH, LiOH, etc. - Dibases: Possuem duas hidroxilas dissociáveis. Ex.: Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Fe(OH)2, etc - Tribases: Possuem três hidroxilas dissociáveis. Ex.: Al(OH)3, Fe(OH)3, etc. -Tetrabases: Possuem quatro hidroxilas dissociáveis. Ex.: Pb(OH)4 Classificação das Bases quanto ao Grau de dissociação iônica: Bases FORTES: Possuem um grau de dissociação iônica (α) maior que 50%. São as bases de metais alcalinos e alcalinos terrosos. Ex.: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2, etc. Bases FRACAS: Possuem α <5%. São as demais bases não formadas por metais alcalinos e alcalinos terrosos. 19 Obs: Mg(OH)2 – hidróxido de magnésio = “leite de magnésio” é uma base fraca. Classificação das Bases quanto à solubilidade em água Solúveis: Todas as bases de metais alcalinos (NAOH), KOH, etc.) e o hodróxido de amônio (NH4OH). Pouco solúveis: As bases de metais alcalinos terrosos – Mg(OH)2, Ca(OH)2, etc. Insolúveis: Todas as demais bases – Fe(OH)3, AgOH, Pb(OH)4, etc. IMPORTANTE: Ácidos e bases possuem a propriedade de alterar a cor de certos compostos orgânicos. Assim, esses compostos orgânicos servem para “indicar” a presença de um meio ácido ou básico em função da cor por elas assumida. São os chamados INDICADORES ÁCIDO-BASE. Os dois indicadores mais usados são a fenolftaleína e o tornassol. INDICADOR ÁCIDO BASE Fenolftaleína incolor vermelha (rosa) Tornassol vermelho azul Nomenclatura das Bases - Para bases formadas por metais de NOX único e pelo cátion amônio: Hidróxido de Nome do cátion - Para Bases formadas por metais de NOX variável: Nomenclatura oficial Hidróxido radical do metal + Sufixo OSO ou ICO NOX menor – sufixo OSO NOX maior – sufixo ICO Ex.: Fe(OH)2 - Hidróxido FerrOSO Fé(OH)3 - Hidróxido FérrICO Nomenclatura usual Hidróxido de Nome do metal+NOX do metal em Algarismos Ex.: Fe(OH)2 - Hidróxido de Ferro II Fé(OH)3 - Hidróxido de Ferro III Bases importantes: NaOH – Hidróxido de Sódio (soda cáustica): Usada na fabricação de sabão. KOH- Hidróxido de Potássio: Também utilizada na fabricação de sabão. Ca(OH)2- Hidróxidode Cálcio (cal extinta, apagada ou hidratada): Usada na construção civil. SAL Ácidos e Bases são substâncias com propriedades opostas. Ao serem colocados em contato, sempre haverá uma reação entre eles, capaz de neutralizar o caráter ácido e básico de cada um. Nessa reação de neutralização, será sempre produzido um sal além da água. Reação de neutralização: ÁCIDO + BASES → SAL + H2O Ex.: HCl + NaOH → NaCl + H2O Baseado na reação de neutralização é possível definir um novo grupo de substâncias inorgânicas: a função SAL Obs: SAL É TODO COMPOSTO IÔNICO FORMADO NA REAÇÃO ENTRE UM ÁCIDO E UMA BASE 20 Nomenclatura dos sais (nome do ânion) de (nome do cátion) Segue-se a mesma regra das terminações usada nos ácidos. HCl ácido clorídrico KCl cloreto de potássio Os sais devem conter, portanto, pelo menos um cátion diferente do H+ e um ânion diferente do OH-, proveniente de um ácido e de uma base. ÁCIDO SAL idrico eto Ico ato oso ito Além do nome derivado do ácido, a nomenclatura completa do sal é feita acrescentando-se o nome do íon positivo derivado da base. Ex.: Ca(OH)2 + H2SO4 → CaSO4 + H2O Hidróxido ácido sulfato de cálcio sulfúrico de cálcio Sal Normal Um sal é classificado como NORMAL quando são derivados de uma reação de neutralização total. Numa neutralização total, todos os íons H+ do ácido e todos os íons OH- da base combinam-se para formar água, não restando nenhum desses íons na estrutura do sal. As equações que representam as reações de neutralização total devem ter os seus coeficientes ajustados, se for o caso, para satisfazer essa exigência. Ex.: Al(OH)3 + H3PO4 → AlPO4 + 3H2O 3H2O Hidrogeno-Sal e Hidróxi-Sal Quando o número total de íons H+ do ácido é diferente do número total de íons OH- da base, a reação de neutralização ocorrerá de forma PARCIAL, restando algum desses íons em excesso na estrutura do sal formado. Se sobrarem íons H+, o sal é classificado como um Hidrogeno- sal (por exemplo: NaHCO3). Se sobrarem íons OH-, o sal é classificado como um Hidróxi-sal (por exemplo: CaOHCl). Ex.: NaOH + H2CO3 → NaHCO3 + H2O OH + H + H Obs: Alguns autores chamam os hidrogeno- sais de SAIS ÁCIDOS e os hidróxi-sais de SAIS BÁSICOS. As palavras “ácido” e “básico” podem ser associadas às propriedades das soluções aquosas desses sais. Entretanto é necessário ser cuidadoso com tal classificação. Por exemplo, o NaHCO3 (hidrogenocarbonato de cálcio = BICARBONATO de CÁLCIO) apesar de apresentar o H apresenta caráter Básico, pois é produto de reação entre um ácido fraco com uma base forte. Esquema: Ácido + base Caráter do sal Ácido forte + base fraca Ácido Ácido fraco + base forte Básico Ácido fraco + base fraca Neutro Ácido forte + base forte Neutro Sais Importantes: - NACl = Cloreto de Sódio. Sal de cozinha - NaClO = hipoclorito de sódio. Usado no tratamento de água, alvejante e desinfetante. - NaHCO3= Bicarbonato de Sódio. Usado como antiácido. - CaSO4= Sulfato de Cálcio. Encontrado no gesso e giz. - Ca(PO)4= Fosfato de Cálcio. Encontrado nos ossos e dentes. ÓXIDOS São compostos binários nos quais o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Compostos binários são aqueles formados por apenas dois elementos. No caso dos óxidos, um destes elementos será obrigatoriamente o oxigênio. Sendo abundante e reativo, o oxigênio encontra-se combinado com quase todos os elementos da tabela periódica, formando grande variedade de óxidos: CaO, CO2, SO3, Fe2O3, SiO2, etc. 21 OBS: Fluoreto de Oxigênio (OF2) NÃO é considerado um óxido, pois o flúor é mais eletronegativo do que o oxigênio. Nomenclatura de Óxidos: Óxidos iônicos (óxidos formados por oxigênio ligado a metal): Óxido de (nome do cátion) Óxidos moleculares (óxidos formados por oxigênio ligado a ametal): (prefixo + óxido) de (prefixo + nome do não metal) Esta diversidade de fórmulas faz necessário o uso de uma nomenclatura que possa dificultar a troca de nomes. Esta nomenclatura se baseia em informar os tipos e quantidade de átomos que compõem a fórmula do óxido. No de átomos na fórmula Prefixo 1 Mono 2 Di 3 Tri 4 Tetra 5 Penta 6 Hexa 7 hepta O prefixo mono é dispensável quando fizer referência ao elemento que acompanha o oxigênio. NO monóxido de mononitrogênio ou monóxido de nitrogênio CO2 dióxido de carbono Podemos usar também os sufixos ICO e OSO para elementos com dois NOX diferentes ou, ainda, indicar com algarismos romanos o respectivo NOX do elemento no óxido. Ex: CO2 = Dióxido de Carbono CO = Monóxido de Carbono FeO = Óxido de ferro II ou Óxido Ferroso Fe2O3 = Óxido de ferro III ou Óxido Férrico Classificação de óxidos Óxidos Básicos São óxidos que reagem com água formando bases e com ácidos formando sal e água. São compostos iônicos formados principalmente pelos metais alcalinos e alcalinos terrosos. Exemplos: Na2O, K2O, MgO, CaO, etc. ÓXIDO BÁSICO + ÁGUA → BASE CaO + H2O → Ca(OH)2 (cal viva) (cal queimada) ÓXIDO BÁSICO + ÁCIDO → SAL + ÁGUA Na2O + 2HCl → 2NaCl + H2O Óxidos Ácidos ou Anidros São óxidos que reagem com a água formando ácidos e com bases formando sal e água. Reagem também com óxidos básicos formando sal. São compostos moleculares ou covalentes, geralmente formados pelos não-metais com NOX elevado (acima de três). Exemplos: CO2, SO2 SO3, NO2, N2O5, P2O5, etc. ÓXIDO ÁCIDO + ÁGUA → ÁCIDO SO2 + H2O → H2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 N2O5 + H2O → 2HNO * reações responsáveis pela chuva ácida ÓXIDO ÁCIDO + BASE → SAL + ÁGUA SO3 + Ca(OH)2 → CaSO4 + H2O ÓXIDO BÁSICO + ÓXIDO ÁCIDO → SAL CaO + CO2 → CaCO2 Óxidos Anfóteros São óxidos com propriedades de óxidos ácidos e básicos, isto é, podem reagir com ácidos fortes ou com bases fortes formando sal e água. Os óxidos anfóteros não reagem com água. Os mais importantes são os óxidos de Zinco – ZnO e de alumínio – Al2O3. ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O ZnO + 2NaOH → Na2ZnO + H2O 22 Óxidos Neutros São óxidos que NÃO reagem com a água, nem com ácidos fortes ou bases fortes. São apenas três os mais importantes: - CO ( monóxido de Carbono) - NO ( Monóxido de Nitrogênio ou óxido nítrico) -N2O (monóxido de dinitrogênio ou óxido nitroso). O fato deles não reagirem como óxidos ácidos ou básicos, não significa que que a sua reatividade química seja nula: Os óxidos CO e NO podem sofrer reações de combustão. 2CO + O2 → 2CO2 2NO + O2 → 2NO2 Óxidos importantes - CaO = óxido de cálcio, cal viva ou cal virgem; óxido básico usado para fabricar argamassa - CO2 = Dióxido de carbono, gás carbônico, usado em refrigerantes, extintor de incêndio. Esse gás é produto da combustão completa da matéria orgânica, principal responsável pelo efeito estufa. - CO = monóxido de Carbono. Gás venenoso produzido pela combustão incompleta dos combustíveis; óxido neutro. - SiO2 = dióxido de silício ou sílica. Componente do vidro, areia, cerâmica, quartzo.- H2O2 = Peróxido de Hidrogênio ou “água oxigenada”. Agente oxidante, descorante, desinfetante. - N2O = monóxido de dinitrogênio. Gás do riso ou gás hilariante; anestésico. Testes: 1 O composto abaixo classificado como ácido forte, oxiácido e monoprótico é o a) H2SO4 b) HCl c) HClO d) HNO3 e) H2CO3 2 A força de um ácido é medida a) Pelo poder de corrosão de metais. b) Pela quantidade de oxigênio. c) Pela velocidade de ionização. d) Pelo grau de ionização e) Pela volatilidade. 3 Em acidente ocorrido em 1999, próximo à cidade de Tabaí-RS, uma carreta carregada de ácido muriático (ácido clorídrico comercial) tombou, espalhando-o pelo solo. Uma das providencias para amenizar o efeito do ácido foi colocar óxido de cálcio (cal) sobre o local. Tal procedimento visou: a) diluir o ácido, aumentando o pH do local. b) Neutralizar o ácido, aumentando o pH do local. c) Diluir o ácido, diminuindo o pH do local. d) Neutralizar o ácido, diminuindo o pH do local. e) Absorver o ácido, para manter o pH do local inalterado. 4 Na 1ª coluna estão relacionados compostos inorgânicos e, na 2ª coluna abaixo, suas respectivas aplicações: 1 – Hidróxido de Sódio 2- Ácido nítrico 3- Dióxido de carbono 4- Sulfeto de Magnésio 5- Hidrogenocarbonato de sódio ( ) Na forma sólida, conhecido como “gelo seco” é usado como artifício cênico em shows. ( ) Conhecida como soda cáustica, pode ser usada na fabricação de sabão ( ) Tem ação oxidante e uma de suas principais aplicações é a fabricação de explosivos. ( ) è usado como fermento de bolos e pães. ( )No comércio tem aplicação médica devido à ação laxativa. Relacionando-se a 1ª coluna com a 2ª coluna, obtêm-se de cima para baixo, os números na sequência: a) 2-1-3-5-4 b) 3-1-2-5-4 c) 3-2-5-4-1 d) 4-3-2-1-5 e) 5-4-3-2-1 23 5 Pode-se identificar a presença de calcário numa amostra de solo, adicionando-se ao mesmo: a) soda cáustica. b) Ácido muriático. c) Cloreto de sódio. d) Cal hidratada. e) Amônia. 6 NA reação: Solvente aquoso HF + HNO3 ↔ H2F+ + NO3- A espécie H2F+ é classificada como: a) um ácido de Arrhenius. b) Uma base de Brönsted-lowry. c) Uma base de Lewis. d) Uma base de Arrhenius. e) Um ácido de Brönsted-lowry. 7 Na ligação do fluoreto de boro (BF3) com o íon fluoreto, temos uma ligação ácido-base onde o BF3 é a) Uma base de Arrhenius. b) Uma base de Lewis. c) Um ácido de Brönsted-lowry. d) Uma base de Brönsted-lowry. e) Um ácido de Lewis. 8 Dado o equilíbrio: CH3-NH2 + H2O → CH3-NH3+ + OH- A metilamina e o ânion oxidrila são a) duas bases. b) Dois ácidos. c) Um ácido e uma base, respectivamente. d) Uma base e um ácido, respectivamente. e) Sistemas prótons-doadores. 9 Analisando as seguintes sentenças: I. Um ácido ou base de Arrhenius será também de Brönsted-Lowry II. Um ácido ou base de Brönsted- Lowry pode ou não ser de Arrhenius, mas será de Lewis. III. Existem ácidos ou bases de Lewis que não são de Brönsted-Lowry nem de Arrhenius. Conclui-se que: a) somente I e II estão corretas. b) Somente II e III estão corretas. c) Somente III está correta. d) Todas estão corretas. e) Nenhuma está correta. 10 A teoria de ácidos e bases de Brönsted-Lowry é bem mais ampla que a de Arrhenius. Entre grupos de substâncias e íons a seguir, assinale aquela em que existem dois ácidos de Arrhenius e quatro ácidos de Brönsted-Lowry: a) HCl, H2SO4, Cl-, HSO4- b) HF, HCl, NO3, HSO4, Cl-, SO4-2 c) HCl, HNO3, H3O+, Fe+3, Cu+2 d) HF, H2SO4, NH4+, H3O+ e) HCl, HF, HNO3, H2SO4 24 TERMOQUÍMICA Termoquímica é a parte da Química que trata das trocas de calor que acompanham as reações. As reações químicas podem ser: Exotérmicas: quando a reação ocorre com liberação de calor (exo = para fora). Calor sai Endotérmicas: quando a reação ocorre com absorção de calor (endo = para dentro). Calor entra. Toda substância possui uma quantidade de energia armazenada nas suas ligações. Quando a energia contida nos reagentes é maior que a contida nos produtos, temos uma reação exotérmica pois ocorre liberação de energia. Quando a energia contida nos reagentes é menor que a contida nos produtos, temos uma reação endotérmica pois ocorre absorção de energia. Essa energia contida nas substâncias recebe o nome de entalpia (H). A variação de entalpia para uma dada reação química é dada por: ΔH = HP - HR onde HP é a soma das entalpias dos produtos, HR é a soma das entalpias dos reagentes. Quando a reação se realiza a pressão constante o ΔH é chamado de calor de reação. Em Termoquímica é usual se expressar as variações de energia nas reações através de quilocalorias (Kcal). A quilocaloria é mil vezes o valor de uma caloria. Uma caloria corresponde a quantidade de calor necessária para se elevar de 14,5ºC para 15,5ºC a temperatura de 1g de água. Outra unidade usual em Termoquímica é o Joule (J). Uma caloria equivale a 4,18 J. Nas reações exotérmicas, ΔHR > ΔHP e por isso ΔH é negativo (ΔHP - ΔHR = -). Nas reações endotérmicas, ΔHR < ΔHP e por isso ΔH é positivo (ΔHP - ΔHR = +). Como o valor do ΔH varia com a pressão, temperatura, variedade alotrópica e estado físico, estes devem vir especificados na equação termoquímica. H2(g) + ½ O2(g) —> H2O(l) ΔH= -68,3 Kcal/mol, 25ºC, 1 atm Quando uma reação termoquímica não informar os valores de temperatura e pressão, subentende-se que a mesma se realize a 25ºC (ou 298 K) , 1 atm e forma alotrópica e estado físico mais usuais do elemento ou composto. Esta condição é definida como padrão em Termoquímica. Para uma mesma substância: H sólido < H líquido < H vapor Pois devemos adicionar energia ao sistema para que as moléculas ou agregados iônicos possam ter alguma liberdade e passar do estado sólido para o líquido. Da mesma forma devemos adicionar energia ao sistema para que as moléculas ou agregados iônicos possam se afastar ainda mais umas das outras, indo do estado líquido para o gasoso. A forma alotrópica mais estável de uma substância é aquela que apresenta menor energia e a esta é atribuído valor de entalpia igual a zero (H = 0). É costumeiro se indicar entalpia em condição padrão por ΔH0. Assim, para as formas alotrópicas do elemento químico carbono, temos: Grafite: H0 = zero (pois é a forma mais estável) Diamante: ΔH0 > zero (pois possui mais energia que a forma grafite) 25 Entalpia ou calor padrão de formação de uma substância (ΔH0f) É a variação de entalpia ou quantidade de calor absorvido ou liberado na formação de um mol de uma determinada substância, a partir das substâncias simples correspondentes, todas elas no estado padrão. A equação abaixo representa a formação do CO2 a partir de suas substâncias simples mais estáveis. Como a reação se desenvolve sob as condições padrão, este calor pode ser chamado de calor padrão de formação do CO2. Cgrafite + O2(g) —> CO2(g) ΔH = -94,1 Kcal/mol Entalpia ou calor de combustão de uma substância É a variação de entalpia ou quantidade de calor liberado durante a combustão total de 1 mol da substância, com todas as substâncias no estado padrão. No caso de substâncias orgânicas, considera-se combustão total sempre que os únicos produtos sejam CO2 e H2O. As reações de combustão são exotérmicas e seus valores de ΔH são sempre negativos. Para o etano temos:
Compartilhar