Principais unidades de medida utilizadas em química (de massa, volume, temperatura e pressão) e conversão de unidades

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QUÍMICA - 1° Ano
Unidades de medida e conversão de unidades
Área 2 - Química
Ensino Médio - 1º Ano
PRINCIPAIS UNIDADES DE MEDIDA UTILIZADAS EM QUÍMICA (MASSA, VOLUME, TEMPERATURA E PRESSÃO) E CONVERSÃO DE UNIDADES
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QUÍMICA - 1° Ano
Unidades de medida e conversão de unidades
Conceitos iniciais
Sem nos darmos conta, usamos constantemente as unidades de medidas no nosso cotidiano.
 Quando você está procurando a casa de um amigo para poder chegar numa festa, por exemplo.
 Perdido, decide pedir informação. A pessoa que responde diz: “Fica a 3 quarteirões de distância” e vai embora.
 Você anda 3 quarteirões e se lembra de que devia ter perguntado: “Para que lado?”
Então para e pergunta a outra pessoa, que responde (apontando uma direção): “Fica a 200 metros pra lá”.
Percebeu? Nessas duas situações, foram usados diferentes tipos de unidades para representar distância (1).
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Unidades de medida e conversão de unidades
Conceitos iniciais
Outro exemplo é quando você quer preparar uma pizza e vai à padaria comprar 200 gramas de queijo.
Ou então quando vai comprar uma TV de 21 polegadas.
Ou ainda quando faltam 5 minutos para chegar à aula e você está a 10 quilômetros da escola sob um sol de 38 graus (Celsius).
Podemos dar milhões de outros exemplos.
Agora imagine um mundo sem unidades de medida.
Você vai à padaria e pede o quê? 200 coisinhas de queijo? Não dá, não é? (2)
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Unidades de medida e conversão de unidades
Conceitos iniciais
Pois bem. Para realizarmos qualquer experimento em Química, é preciso conhecer algumas unidades de medida.
A medida de uma grandeza é um número que expressa uma quantidade, comparada com um padrão previamente estabelecido.
O volume, a massa, a temperatura, a densidade e a pressão são unidades de medida bastante usadas (3).
Imagem: Cruccone / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
Imagem: Stefan-Xp / GNU Free Documentation License
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Unidades de medida e conversão de unidades
Massa
Não. “Massa” não é só de macarrão ou pizza.
Massa é definida como a quantidade de matéria existente em um corpo.
Para medir a massa de um objeto, usa-se um aparelho chamado balança (4).
A unidade padrão pelo Sistema Internacional (SI) é o quilograma (Kg).
Imagem: 百楽兎 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Imagem: Karelj / Public Domain
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Massa
O padrão de massa é o único que permanece definido por um protótipo; trata-se um cilindro de platina e irídio, chamado Quilograma Protótipo Padrão, mantido (desde 1889) no Bureau Internacional de Pesos e Medidas, em Sèvres, na França. Então 1 kg é igual à massa desse cilindro (vide figura).
Cópias do quilograma padrão foram enviadas para laboratórios em vários países como padrões secundários para padronização e calibração.
A cópia brasileira, denominada Quilograma Protótipo Nº 66, é mantida no Laboratório de Massa (LAMAS) do Inmetro, órgão responsável pela padronização e calibração do padrão de massa em nosso país (5).
Imagem: National Bureau of Standards/ Public Domain
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Volume
Desliguem o rádio!
Tudo bem! Tudo bem! Desliguem o mp3 player! Não! Não estamos falando de som alto.
O volume de um corpo é a extensão que ele ocupa no espaço.
A fórmula simplificada para cálculo de volume é:
V = comprimento x altura x largura
Imagem: Mietitor17 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
Imagem: M.Romero Schmidtke / GNU Free Documentation License
Imagem: User:Salgueiro / Public Domain
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Unidades de medida e conversão de unidades
Volume
A unidade padrão de volume no SI é o metro cúbico (m3).
Em nosso cotidiano e nos laboratórios, a unidade mais usada é o litro (L) e suas subunidades (mL, L, ...).
Vários instrumentos servem para medir volume no laboratório: balão volumétrico (direita acima), pipeta (direita abaixo), bureta, proveta, etc.
Imagem: Dr. Eugen Lehle / GNU Free Documentation License
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Unidades de medida e conversão de unidades
Conversão de unidades (massa e volume)
Relações de massa:
1 kg = 1.000 g = 106 mg;
1 g = 1.000 mg = 0,001 kg;
1 ton = 1.000 kg = 106 g.
Relações volumétricas:
1 L (dm3) = 1.000 mL (cm3);
1 m3 = 1.000 L.
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Unidades de medida e conversão de unidades
Temperatura
Agora o negócio vai esquentar!!! E nem estamos na praia.
Temperatura é a relação da capacidade que um corpo tem de transmitir ou de receber calor. Também está relacionada ao estado de agitação das partículas que formam o corpo (6).
Imagem: Original uploader was Michiel1972 at nl.wikipedia / GNU Free Documentation License
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Unidades de medida e conversão de unidades
Temperatura
O termômetro é o aparelho usado para determinar os valores de temperatura.
A graduação do termômetro permite visualizar a variação de temperatura.
Essa graduação é denominada escala termométrica do aparelho (7).
Imagem: Menchi / Medical mercury-in-glass thermometer / GNU Free Documentation License
Imagem: Berthold Werner / Electronic medical thermometer / GNU Free Documentation License
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Unidades de medida e conversão de unidades
Escalas de temperatura: Celsius
A escala Celsius foi criada pelo sueco Anders Celsius (1701-1744), tomando como base a ideia de que a água (H2O) muda de estado físico de agregação sempre na mesma temperatura para uma dada pressão.
Assim, ele atribuiu o valor 0°C ao ponto de fusão e 100°C ao ponto de ebulição da água ao nível do mar, dividindo a escala em cem partes iguais.
Essa é a escala usada no Brasil.
Imagens: SEE-PE
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Unidades de medida e conversão de unidades
Um pouco de história da escala Celsius
O termo original para este sistema foi centígrado (100 partes) ou centésimos.
Em 1948, o nome foi oficialmente modificado para Celsius, como reconhecimento ao seu criador e para eliminar a confusão causada pelo conflito de uso do prefixo centi do SI (8).
Em 1954, a escala foi redefinida em termos do ponto triplo da água (estado em que as fases sólida, líquida e gasosa coexistem em equilíbrio) e da escala de temperatura do gás perfeito.
Os aspectos importantes dessa nova escala são o único ponto fixo (o ponto triplo da água) e a definição da magnitude do grau (9).
Imagem: SEE-PE.
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Escalas de temperatura: Fahrenheit
A escala Fahrenheit foi uma criação do alemão Daniel Grabriel Fahrenheit (1686-1736), que se baseou em outra ideia.
Ele tomou como base a temperatura média aproximada do corpo humano (~37,8°C) e a associou ao valor 100 em sua escala (100°F).
Nesta escala relativa, a vaporização da água ocorre em 212°F (=100°C) e a fusão do gelo em 32°F (=0°C).
Entre esses dois pontos fixos, temos 180 partes iguais.
Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain
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Escalas de temperatura: Kelvin
Por fim, temos a escala Kelvin, criada pelo inglês William Thomson (1824-1907), mais conhecido como Lorde Kelvin.
Ela é o padrão mundial de temperatura e pertence ao SI.
Também é conhecida como escala de temperatura absoluta, pois o seu zero (0 K = -273,15°C), chamado de zero absoluto, corresponde à menor temperatura possível no Universo (10).
Na figura ao lado, podemos visualizar a conversão de gelo em água e em vapor, acompanhando a variação de temperatura em cada escala.
Imagem: SEE-PE
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Conversão entre unidades de temperatura
As escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin se relacionam pela equação ao lado.
Quanto vale, por exemplo, 25,2°C (temperatura média anual de Recife) nas escalas:
 (a) Kelvin e(b) Fahrenheit?
a) Tc/5 = (Tk-273)/5 Tc = Tk-273
Tk = Tc+273 = 25,2+273 = 298,2 K
b) Tc/5 = (Tf-32)/9  Tf = (9xTc/5)-32
Tf = (9x25,2/5)-32 = 13,4°F
Imagens: SEE-PE
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Pressão
Não, não se trata da pressão do chefe para terminar um trabalho ou da pressão quando está terminando o horário da prova.
A pressão de que estamos falando é aquela percebida nos balões de ar, na panela de pressão e no sangue.
Imagem: Rsabbatini / Public Domain
Imagem: Pressure cooker / GNU Free Documentation License
Imagem: Kropsoq / 2006 Ojiya Balloon Festival / GNU Free Documentation License
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Unidades de medida e conversão de unidades
Pressão
A pressão é a grandeza que relaciona a força exercida sobre uma dada superfície (área).
Podemos perceber pela equação que, para uma dada força, quanto menor a área, maior a pressão (11).
O que chamamos de pressão atmosférica é a pressão exercida pela camada de ar que nos envolve em todas as direções.
Imagem: Tecnòlegs de l'IES Bisbal / 
Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.
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Pressão
A pressão atmosférica é medida com um barômetro, inventado pelo italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) – vide figura ao lado.
São as diferenças de pressão na atmosfera que causam os ventos (ar em movimento).
Dependendo da diferença de pressão (que está associada à velocidade dos ventos), podemos ter ciclones ou anticiclones.
Imagem: S. L. Pelaco / Evangelista Torricelli / 17th century /United States Public Domain
Imagens: SEE-PE.
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Unidades de pressão
A unidade no SI para medir pressão é o Pascal (Pa ou N/m2).
A pressão atmosférica , ao nível do mar, mede 101.325 Pa (=1 atm).
Outras unidades mais usadas:
Atmosfera é a pressão correspondente a 760 mm de Hg (lembra de Torricelli?);
Bar é a unidade de pressão no sistema cgs e vale uma dyn/cm²;
PSI (pound per square inch, libra por polegada quadrada) é a unidade de pressão no sistema inglês/americano: 1 bar = 14,5 psi.
Um manômetro serve para medir a pressão de fluidos contidos em recipientes fechados.
Acima, temos um manômetro que mede em psi (escala vermelha) e em kPa (escala preta).
Imagem: OSH FPaD / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
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Comparação entre unidades de pressão
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Densidade
Não, não estamos falando de densidade populacional. Isso é assunto de Geografia. E estamos numa aula de Química.
Densidade pode ser definida como a razão entre a massa de um corpo e seu volume.
D = m / V
Quanto mais denso for um corpo, maior será a quantidade de massa num mesmo volume:
Sólido > Líquido > Gasoso
A densidade para sólidos e líquidos é normalmente expressa em g/cm3 (=g/mL) e para gases em g/L.
Imagem: SEE-PE
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Densidade
Você já observou que, em regiões polares, é comum ver grandes blocos de gelo (icebergs) flutuando na água do mar? Isso ocorre devido à densidade do gelo (0,92 g/cm3) ser menor que a da água do mar (1,03 g/cm3) (12). 
Analogamente, materiais imiscíveis (que não se misturam) com densidade maior afundam nos de menor densidade. Como ocorre com o óleo flutuando na água.
Imagem: Created by Uwe Kils (iceberg) and User:Wiska Bodo (sky) / A photomontage of what a whole iceberg might look like / GNU Free Documentation License
Imagem: Victor Blacus / Two phases (water and oil) in the same state of aggregation (liquid) / GNU Free Documentation License
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Medindo a densidade de sólidos
Receita:
determine a massa (em g) do sólido em uma balança (m);
adicione um volume (em mL) conhecido de água a uma proveta (Vi);
mergulhe o sólido na proveta;
meça o volume final (Vf);
calcule o volume ocupado pelo sólido (Vf – Vi);
calcule a densidade do sólido:
d = m / (Vf – Vi).
Fácil, não é?
Imagem: SEE-PE
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Exercícios
Um caminhão com capacidade máxima de carga igual a 10 ton pode transportar quantos sacos de cimento de 50 kg?
10 ton = 10.000 kg
N = 10.000/50
N = 200 sacos de cimento
Imagem: GNU Free Documentation License
Imagem: KVDP / A pallet of Portland cement bags used for construction / Public Domain
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Exercícios
Coloca-se, em um recipiente, três diferentes quantidades de água: 10 L, 500 mL e 47 cm3. Qual será a quantidade final (em L)?
V1 = 10 L
V2 = 500 mL = 0,5 L
V3 = 47 cm3 = 0,047 L
Vf = V1 + V2 + V3
Vf = 10 + 0,5 + 0,047 = 10,547 L
Imagem: JJ Harrison (http://www.noodlesnacks.com) / GBU Free Documentation License.
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Exercícios
Um aquário tem 7/8 de sua capacidade cheio de água. Se suas dimensões são:
 1,00 m (altura) x 0,80 m (largura) x 0,40 m (profundidade), determine o volume de água em litros existente no aquário.
Vtotal = 1,00 x 0,80 x 0,40
Vtotal = 0,32 m3 = 320 L
V(água) = 320 x 7/8
V(água) = 280 L
Imagem: GNU Free Documentation License.
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Exercícios
(Mackenzie SP) Uma pessoa mediu a temperatura de seu corpo, usando um termômetro graduado na escala Fahrenheit e encontrou o valor 97,7°F. Na escala Celsius, essa temperatura corresponde a...
 a) 36,5°C
	b) 37,0°C
	c) 37,5°C
	d) 38,0°C
	e) 38,5°C
Imagem: R. A. Millikan and H. G. Gale / Public Domain.
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Exercícios
Converta os seguintes valores de pressão:
80 kPa  _____ atm, _____ psi, _____bar
b) 5,2 atm  _____ psi, _____ bar, _____kPa
c) 15,0 psi  _____ kPa, ____ atm, _____bar
0,79
11,6
0,80
76,4
5,27
526,9
103,4
1,02
1,03
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Unidades de medida e conversão de unidades
Exercícios
Em um laboratório, foram selecionadas cinco amostras metálicas, contudo, o técnico acabou misturando-as. Para identificá-las, ele resolveu usar a densidade de cada uma.
	Para cada amostra, foi colocada determinada quantidade de água destilada em uma proveta, verificando a medida (Vinicial).
	Colocou-se, então, a amostra na proveta e observou-se, novamente, a medida (Vfinal).
	Confira os dados na tabela ao lado.
	Agora, responda: Sabendo a densidade teórica de cada metal (abaixo), ajude-o a identificar cada amostra (13):
Alumínio (2,7 g/cm3)
Zinco (7,1 cm3)
Ferro (7,9 cm3)
Cobre (8,96 g/cm3)
Chumbo (11,4 g/cm3)
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Até a próxima aula!
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