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Química Geral - CCE 0032 (2 créditos teóricos + 2 créditos práticos) Prof. Fábio Oliveira, M.Sc. 2018 Unidade 1 – Introdução à Química Geral Objetivos - Identificar as diferentes aplicações do uso da química na vida do engenheiro; - Definir os conceitos de Energia e matéria e suas formas; - Reconhecer as diferentes medidas e sistemas métricos e realizar conversões entre os mesmos. 1.1 - Introdução e conceitos fundamentais Introdução A química é uma ciência que estuda a matéria e as suas mudanças. Tudo que nos cerca, como o ar, as árvores, os objetos de metal e suas mudanças, por exemplo, a corrosão de um metal, faz parte dos estudos da química. A química é uma ciência experimental e o seu desenvolvimento tem sido, em grande parte, devido à aplicação de métodos científicos por meio de pesquisas sistemáticas. Abordagem científica do conhecimento Lei versus teoria Lei Teoria É verdade É mera especulação Resume uma série de observações Dá as razões subjacentes dela Descreve o que a natureza faz Descreve por que a natureza o faz A química e seus ramos A química, como ciência, tem se desenvolvido por meio da interdisciplinaridade, a qual busca conciliar os conceitos pertencentes a diversas áreas a fim de promover avanços, como a produção de novos conhecimentos ou mesmo como o surgimento de novas subáreas. Entretanto, tradicionalmente, a química possui três principais ramos que investigam as propriedades, as estruturas, os mecanismos de reações e os fenômenos de transformação da matéria. A química e seus ramos A química orgânica estuda os compostos de carbono, como, por exemplo, na petroquímica, polímeros, solventes, fertilizantes, e na análise orgânica, por meio do estudo dos mecanismos de reações orgânicas. A química e seus ramos A química inorgânica estuda os demais elementos e seus compostos. Conhecida também como química mineral, este ramo da química estuda os elementos químicos e as substâncias que não possuem o carbono coordenado em cadeias: os ácidos inorgânicos, as bases, os sais e os óxidos. Por exemplo: metais, cerâmicas, rochas e solos. A química e seus ramos A físico-química estuda os fenômenos físicos e químicos associados às propriedades da matéria, como a eletroquímica, pelo estudo de pilhas eletrolíticas e galvânicas, a termoquímica, quando estuda a energia das reações de combustão, ou a corrosão, quando estuda a oxidação de metais. A química e a evolução da sociedade A química tem sido cada vez mais importante tanto na formação, quanto na atividade profissional do engenheiro, especialmente porque as novas tecnologias exigem produtos específicos e operações mais técnicas para as variadas aplicações. De acordo com o Conselho de Atribuição para Engenharia e Tecnologia – ABET, o órgão que supervisiona o ensino de engenharia: 1.2 – Energia e matéria Introdução Um conceito geral sobre a ciência química envolve o estudo das propriedades da matéria e suas diversas interações. A matéria é essencialmente constituída de elementos e seus compostos, frequentemente definida como “tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço”. As propriedades e características da matéria estão relacionadas com as interações ou combinações. Essas interações ocorrem por causa do movimento da energia. A energia da transformação da matéria pode ser liberada ou pode ser adquirida. Propriedades e composição da matéria As propriedades podem ser classificadas como extensivas ou intensivas. Uma propriedade é extensiva quando depende do tamanho da matéria, como massa e volume. Uma propriedade intensiva é aquela que define o estado da matéria, não depende do tamanho de uma determinada matéria. Temperatura, pressão, ponto de fusão ou cor são propriedades intensivas. Propriedades e composição da matéria A densidade absoluta de uma substância ou massa específica é uma propriedade intensiva, obtida pelo quociente de duas propriedades extensivas, a massa (m) pelo volume (V) da substância. A densidade de uma substância não depende de seu tamanho. Observe que, quando duplicamos o volume, a massa também duplica. E a razão, densidade, permanece a mesma. Portanto, densidade é uma propriedade intensiva. Propriedades e composição da matéria Exercício resolvido Propriedades e composição da matéria Exercício resolvido Matéria e suas organizações Matéria é tudo que ocupa espaço e tem massa. Substância é considerada uma forma de matéria que tem uma composição definida e propriedades distintas. Pode-se classificar a matéria de acordo com seu estado (sua forma física)... Matéria e suas organizações ...e sua composição (componentes básicos que a constituem). Matéria e suas organizações Elemento é uma substância que não pode ser separada em substâncias mais simples através de métodos químicos. Matéria e suas organizações O composto é uma substância eletronicamente neutra formada por dois ou mais elementos diferentes. A água é um composto formado por átomos de hidrogênio (H) e oxigênio (O) que se combinaram na proporção de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. Matéria e suas organizações Mistura é a combinação de duas ou mais substâncias no qual estas retêm suas identidades distintas. - Mistura Homogênea: são aquelas cujos componentes não conseguimos distinguir (Ex.: Petróleo e leite). - Mistura Heterogênea: identifica-se facilmente a presença de diferentes substâncias (Ex.: Cimento e granito). Matéria e suas organizações Seperação de misturas Matéria e suas organizações As propriedades da matéria podem ser classificadas como propriedades físicas e propriedades químicas. As propriedades físicas são aquelas que não mudam a identidade de uma substância. A massa, a cor, o estado físico, a temperatura e o ponto de fusão são exemplos de propriedades físicas de uma matéria. Matéria e suas organizações As propriedades químicas são as que mudam a identidade de uma substância. São propriedades relacionadas com a capacidade de uma substância se transformar em outra substância. Assim, a nova substância assume novas propriedades. A energia e suas formas São conhecidas diversas formas de energia: energia elétrica, energia mecânica (cinética e potencial), energia solar, energia nuclear, energia eólica, etc. A lei da conservação da energia estabelece que a energia não pode ser criada, nem perdida, mas transformada em outras formas de energia. A energia térmica, por exemplo, pode ser convertida em energia cinética. A energia e suas formas A energia e suas formas Exercício resolvido 1.3 – Medidas e sistema métrico Introdução As medidas constituem uma rotina numa ciência experimental como a química. Por meio de medições, o químico pode calcular os resultados de uma transformação física ou química da substância em estudo. Quando se expressa a quantidade de algo é necessário estabelecer o valor numérico e a unidade. Por exemplo, uma massa de dois gramas de sal de cozinha (NaCl), pesada em balança analítica, deve ser expressa como: 2,0000 g. Os dígitos (zeros) depois da vírgula usados para expressar a quantidade medida são denominados algarismos significativos. O sistema internacional (SI) O Sistema Internacional (SI) é uma versão do sistema métrico de unidades aceita internacionalmente. SI é a abreviação para a expressão em francês Système International d’Unités. Aprovado pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e outros organismos internacionais, o SIdefine sete unidades básicas que expressam todas as quantidades físicas. O sistema internacional (SI) As unidades básicas podem ser combinadas para que formem as unidades derivadas. Por exemplo, a área de uma superfície é o produto de duas medidas de comprimento, então a unidade derivada de área é metro quadrado (m2). O sistema internacional (SI) Exercício resolvido O sistema internacional (SI) Exercício resolvido O sistema internacional (SI) Temperatura é uma propriedade intensiva e está relacionada com a transferência de energia em forma de calor de um corpo para o outro. Por exemplo, se colocarmos um refrigerante em contato com algumas pedras de gelo, haverá uma troca de calor do refrigerante para as pedras de gelo, assim o refrigerante cede calor para as pedras de gelo, tornando-se mais frio. As principais escalas de temperatura para medir essa transferência são as escalas Celsius, kelvin e Fahrenheit. O sistema internacional (SI) O sistema internacional (SI) Exercício resolvido O sistema internacional (SI) Para expressar quantidades medidas pequenas ou grandes, em termos de poucos dígitos, são usados prefixos com as unidades básicas e outras unidades. Esses prefixos multiplicam as unidades por várias potências de 10. Por exemplo, o comprimento de onda da radiação amarela usado na determinação de sódio por fotometria de chama é de cerca de 5 x 10-7m. Normalmente esse valor é expresso em uma forma mais adequada, mais compacta, podendo ser expresso em nanômetros, 590 nm (1 nanômetro equivale a 10-9m). O sistema internacional (SI) O sistema internacional (SI) Exercício resolvido O sistema internacional (SI) Conversões usuais Exercícios propostos Exercícios de fixação (1 ao 7), na página 32 do livro do proprietário. Assuntos da próxima aula - Átomos, evolução do modelo atômico e o modelo atômico moderno; - Partículas fundamentais, número e massa atômica, número de massa e semelhanças atômicas.
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