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Química II Marcos Herrerias de Oliveira Renan Borsoi Campos Joaquim Delphino Da Motta Neto Curitiba-PR 2011 PARANÁ Educação a Distância e-Tec Brasil Sumário Palavra do professor-autor ......................................................................................... 149 Aula 1 - Interações intermoleculares - 1 a parte ....................................................... 151 1.1 Interações Intermoleculares .................................................................................................151 1.2 Em moléculas apolares: Forças de Van der Waals ..................................................................152 Aula 2 - Interações intermoleculares - 2a parte .........................................................155 2.1 Em moléculas polares: Dipolo-Dipolo ...................................................................................155 2.2 Previsão dos pontos de fusão e de ebulição .........................................................................155 2.3 Previsão de solubilidade ......................................................................................................156 Aula 3 - Funções inorgânicas - 1a parte .....................................................................163 3.1 Funções Inorgânicas - Ácidos ...............................................................................................163 Aula 4 - Funções inorgânicas - 2a parte .................................................................... 171 4.1 Funções Inorgânicas - Bases ................................................................................................171 Aula 5 - Funções inorgânicas - 3a parte .................................................................... 177 5.1 Indicadores ácido-base ........................................................................................................177 Aula 6 - Funções inorgânicas - 4a parte .................................................................... 181 6.1 Funções Inorgânicas - Sais ...................................................................................................181 Aula 7 - Funções inorgânicas - 5a parte .................................................................... 187 7.1 Funções Inorgânicas - Óxidos ...............................................................................................187 Aula 8 - Balanceamento das equações ...................................................................... 193 8.1 Balanceamento de equações ...............................................................................................193 8.2 Balanceamento de equações ...............................................................................................194 Aula 9 - Estequiometria - 1a parte ............................................................................. 199 9.1 Unidade de Massa Atômica .................................................................................................199 9.2 Leis Ponderais e Volumétricas...............................................................................................200 9.3 Hipótese do Avogadro .........................................................................................................200 Aula 10 - Estequiometria - 2a parte ........................................................................... 205 10.1 Cálculo Estequiométrico ....................................................................................................205 10.2 Estequiometria ..................................................................................................................205 Química IIe-Tec Brasil Aula 11 - Estudo das soluções - 1ª parte ................................................................... 209 11.1 Soluções............................................................................................................................209 11.2 Classificação das soluções: ................................................................................................210 Aula 12 - Estudo das soluções - 2ª parte ................................................................... 213 12.1 Cálculos com soluções .......................................................................................................213 Aula 13 - Termoquímica .............................................................................................. 217 13.1 Termoquímica ....................................................................................................................217 13.2 Processos ..........................................................................................................................217 13.3 Tipos de calores .................................................................................................................219 Aula 14 - Cinética Química ......................................................................................... 221 14.1 Cinética Química ...............................................................................................................221 14.2 Variação da velocidade ......................................................................................................222 14.3 Ação dos Catalisadores ......................................................................................................223 Aula 15 - Equilíbrio químico ....................................................................................... 227 15.1 Equilíbrio químico ..............................................................................................................227 Aula 16 - Eletroquímica .............................................................................................. 233 16.1 Eletroquímica ....................................................................................................................233 16.2 Pilhas ................................................................................................................................234 16.3 Eletrólise ...........................................................................................................................235 Aula 17 - Introdução à Química Orgânica ................................................................. 239 17.1 Química orgânica ..............................................................................................................239 Aula 18 - Classificação das cadeias carbônicas ......................................................... 247 18.1 Classificação de cadeias carbônicas ...................................................................................247 18.2 Esquema da classificação das cadeias carbônicas ...............................................................250 Aula 19 - Nomenclatura dos compostos orgânicos .................................................. 253 19.1 Elementos de nomenclatura para compostos orgânicos ......................................................253 19.2 Hidrocarbonetos ................................................................................................................254 Aula 20 - Funções orgânicas ....................................................................................... 259 20.1 Álcoois ..............................................................................................................................259 20.2 Ácidos carboxílicos ............................................................................................................259 20.3 Ésteres ..............................................................................................................................260 20.4 Aminas ..............................................................................................................................260 20.5 Amidas ..............................................................................................................................260e-Tec Brasil Referências .................................................................................................................. 263 Atividades autoinstrutivas ......................................................................................... 265 Currículo do professor-autor ...................................................................................... 275 e-Tec Brasil149 Palavra do professor-autor Prezado Estudante, É com alegria que divulgamos a realização de um sonho com a publicação das páginas que seguem. Elas têm o objetivo de contribuir para a sua formação, seja em pesca ou aquicultura. As relações com o cotidiano foram valorizadas, associando os conhecimentos do senso comum ao conhecimento científico. Infelizmente, a linguagem científica impede que nos furtemos a relatar aqui o conteúdo formativo. Porém, objetivando a associação ao usual, real e cotidiano. Nas palavras a seguir, queremos desmistificar a Ciência Química, mostrando a sua colaboração enquanto fenômeno e acessível a todos os públicos. Evitando demasiadas memorizações que se perdem no decorrer da caminhada acadêmica ou profissional. Se acompanhado de forma literal e cronológica você pode ter certeza de que está em suas mãos uma importante ferramenta de aprendizagem. Naturalmente, esta obra não é completa. Nem tão pouco indicada aos que pretendem se preparar para processos seletivos. Porém, a oportunidade da composição destas palavras é de grande importância e honra para os autores. Bons estudos e uma ótima visão sobre o show que é o universo da Química. Marcos Herrerias de Oliveira Renan Borsoi Campos Joaquim Delphino Da Motta Neto e-Tec Brasil151Aula 1 - Interações intermoleculares - 1a parte Na aula de hoje veremos como ocorrem, e qual a dimensão das interações entre as moléculas, depois de termos visto que as moléculas apresentam átomos ligados, que estas ligações podem ser polarizadas, que a soma destas polarizações, em conexão, com a geometria molecular dão origem a agregados atômicos com ou sem cargas. Faremos a integração com as duas propriedades macroscópicas em função da interação que ocorre entre as moléculas. Ao final deste encontro você será capaz de estabelecer as relações entre as geometrias, seus tipos de interações intermoleculares e ainda propor a comparação e a previsão das propriedades físicas de diferentes compostos químicos entre si. 1.1 Interações Intermoleculares Como você sabe na natureza podemos observar inúmeras e distintas substâncias, analisar os estados físicos, que podem ser sólido, gasoso e líquido, levando em consideração as condições normais de temperatura e pressão (CNTP). No entanto, vários questionamentos podem sempre ser abordados: (1) Por que seus estados físicos são distintos? (2) Por que temos o ferro no estado sólido, a água no estado líquido e o ar atmosférico (com uma grande quantidade de compostos químicos) no estado gasoso? (3) O que de fato influencia nestas observações? Na realidade o que temos são interações entre os átomos, que dão origem às moléculas, e um agrupado destas moléculas constituem o que observamos macroscopicamente. Ou seja, em uma determinada quantidade de um composto químico existem milhares, milhões, bilhões ou mais átomos. Se parássemos para observar um único átomo, este seria invisível para nossa visão. Portanto, além das propriedades físicas das substâncias que conhecemos, seu estado físico está intrinsecamente relacionado com os arranjos moleculares (não apenas às interações atômicas). Antes de visitarmos estes tipos de interações entre as moléculas, devemos ter em mente que para que uma substância se encontre no estado sólido, suas moléculas e átomos devem estar muito próximas e, geralmente muito bem organizadas. Para os estados líquido e gasoso, as moléculas ou átomos devem estar um tanto mais afastados. Sendo assim, Aula 1 - Interações intermoleculares - 1 a parte CNTP: Condições normais de tempera- tura e pressão. T = 0°C e p = 1 atm. Química IIe-Tec Brasil 152 podemos iniciar com a ideia de que existem apenas dois tipos de interações intermoleculares, pois, as moléculas são polares ou apolares. As interações que ocorrem entre as moléculas, são geradas a partir da intensidade de atração entre elas. Tal interação depende da intensidade de seus pólos ou da dimensão da superfície de contato molecular. Estas interações podem definir e auxiliar na previsão das propriedades físicas de um determinado composto. O primeiro tipo de interação que abordaremos é a que existe nas moléculas apolares. 1.2 Em moléculas apolares: Forças de Van der Waals São interações muito fracas. Dependem do meio externo, dos compostos em sua vizinhança, para que atuem sobre as moléculas. São também conhecidas por forças de London, Dipolo induzido ou por forças de dispersão. As substâncias que apresentam este tipo de interação apresentam propriedades físicas com baixa dimensão em comparação aos demais compostos polares. Saiba mais Substâncias, odores e suas interações: As substâncias químicas apresentam determinados tipos de interações. Na gasolina, por exemplo, conforme ilustração Figura 1.1, são muito fracas. Bem por isso quando paramos em um posto de combustíveis podemos perceber seu odor. A volatilidade das substâncias depõe com relação ao seu tipo de interação. Se esta for muito intensa, a tendência é de não sentirmos seu cheiro. Figura 1.1: Representa a gasolina, um composto que apresenta interações de Van der Waals. Fonte: http://www.sxc.hu/ Resumo Você aprendeu nesta aula a: • Relacionar a geometria molecular com a polaridade molecular e suas ligações químicas. • Identificar os compostos químicos que apresentam as forças de dispersão. • Ordenar as substâncias em função da dimensão das suas propriedades físicas (pontos de fusão e de ebulição e solubilidade). Confira também nestes links as animações das interações entre as moléculas. http://www.youtube.com/ watch?v=HKKngwTIybQ http://www.youtube.com/wa tch?v=VUPgxpCihkE&featur e=related e-Tec Brasil153Aula 1 - Interações intermoleculares - 1a parte Atividades de aprendizagem Ao chegar neste ponto da aula, não esqueça de resolver os seguintes exercícios. Com certeza irão colaborar com seu aprendizado! 1. Como podemos propor uma propriedade física para uma determi- nada substância química? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Como podemos identificar um tipo de interação intermolecular? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. Quais são as principais características dos compostos que apresen- tam as forças de dispersão? Quais são os outros termos que fazem menção a esta modalidade de interação? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 4. Complete o seguinte quadro com as devidas geometrias molecula- res, defina se o composto é polar ou apolar e assinale os compos- tos químicos que apresentam a interação de Van der Waals: Substância Geometria Polaridade Forças de London H2 H2O SO3 SiO2 CH4 BH3 PF5 NH3 Química IIe-Tec Brasil 154 5. Complete a seguinte cruzada, com base na aula de hoje: a) D b) I c) S d) P e) E f) R g) S h) Ã i) O a) Tipo de interaçãointermolecular que as moléculas apolares apresentam. b) Podemos prever as propriedades físicas dos compostos em função da sua _______ intermolecular. c) Podemos sentir o odor das substâncias que estão no estado ___________. d) Quando a soma dos vetores eletronegatividade de um composto é nula, dizemos que esta molécula é ___________. e) A polaridade das moléculas depende da definição da polaridade das ligações químicas e da __________ molecular. f) Uma molécula constitui um __________ de átomos. g) Uma das características que podemos definir em função da interação intermolecular da molécula é o _________. h) As forças de Van der Waals são também conhecidas como forças de London e forças de ___________. i) As forças de Van der Waals são também conhecidas como forças de dispersão e forças de ___________ . e-Tec Brasil155Aula 2 - Interações intermoleculares - 2a parte Na aula de hoje veremos os tipos de interação que ocorrem nas moléculas polares. Dividiremos em dois grupos, o dipolo permanente e as pontes de hidrogênio. Verificaremos qual é a condição de solubilidade em função da polaridade molecular. Relacionaremos que moléculas apresentam que tipo de interação e aprenderemos a ordenar de forma crescente ou decrescente, em função apenas de sua fórmula molecular. Ao final deste encontro você será capaz de estabelecer, dentro de um rol de compostos químicos, quais são as substâncias químicas que apresentam os maiores ou os menores pontos de fusão e de ebulição, bem como poderá prever a solubilidade das substâncias umas nas outras. 2.1 Em moléculas polares: Dipolo-Dipolo São interações fortes. Conferem aos compostos elevadas propriedades físicas. Podem ser divididas em duas classes: 2.1.1 Pontes de Hidrogênio: são as interações mais fortes, ocorrem nos compostos polares exclusivamente nos casos em que se obser- va o hidrogênio associado aos átomos: F, O, N, Cl. 2.1.2 Dipolo Permanente: são interações intermediárias, e ocorrem nos demais compostos polares que não apresentam as pontes de hidrogênio. 2.2 Previsão dos pontos de fusão e de ebulição A ordem decrescente destas propriedades físicas em função do tipo de interação é: L.I. > P.H. > D.P. > V.W. L.I.: Ligação Iônica; P.H.: Pontes de Hidrogênio; D.P.: Dipolo permanente; V.W.: Van der Waals. Aula 2 - Interações intermoleculares - 2a parte Química IIe-Tec Brasil 156 2.3 Previsão de solubilidade A regra geral é de que o semelhante dissolve o semelhante, ou seja, um composto polar dissolve um composto também polar, enquanto que o apolar dissolve o apolar. Saiba mais Tensão superficial: Você já deu uma barrigada quando foi mergulhar? Se sim sabe que a dor depende da área de contato do seu corpo com a água. Quanto menor a dimensão de contato entre você e a água, menor a resistência da mesma para permitir a sua entrada no meio. Entretanto, se a superfície de contato entre você e a água for muito grande, a tendência é de que a resistência à sua penetração seja diretamente proporcional. A tensão superficial da água permite que alguns insetos caminhem sobre as águas. Se você encher um copo de água até a boca, e continuar a adicionar água com um conta-gotas, você verá que na superfície da água forma-se uma película, e bem por isso o nível da água se eleva e fica acima da borda do copo. Este fenômeno pode ser explicado pela forte interação que as moléculas de água apresentam entre elas. Entretanto, as moléculas da superfície sofrem a interação para baixo, para os lados e nunca para cima. Este fato faz com que as moléculas que estão em contato com o ar atmosférico não sofram atração para cima formando uma película, de relativa dificuldade de penetração. A figura 2.1 apresenta uma imagem da água que sofre pontes de hidrogênio e apresenta tensão superficial. Surfactantes: Estas são espécies químicas que, geralmente, apresentam uma longa cadeia de átomos. Distri- buídos nesta longa cadeia, têm- se uma extremidade polar e uma outra apolar. Permitindo que a sua solubilização possa ocorrer em substâncias polares e tam- bém apolares. Quando um sur- factante entra em contato com a água, por exemplo, a superfície da mesma perde a sua tensão superficial, porque o surfactante mantém a parte apolar da sua cadeia para fora da água. Isso se deve ao fato de que a substância polar (a água) tem muita afini- dade pela parte polar da cadeia, enquanto expulsa a extremidade apolar do surfactante. Figura 2.1 Imagem da água, que apresenta tensão superficial. Fonte: Carla Holanda da Silva Confira nos links algumas ani- mações das interações entre as moléculas. http://www.youtube.com/ watch?v=997ggWqF-Vw http://www.youtube.com/ watch?v=f7jumNoQyg&feat ure=related http://www.youtube.com/ watch?v=fjxEBiH7YHw&feat ure=related e-Tec Brasil157Aula 2 - Interações intermoleculares - 2a parte Resumo Aprendemos nesta aula: • Estabelecer as relações entre a polaridade molecular e as interações que estas apresentam. • Comparar as substâncias e ordená-las em função da grandeza das suas propriedades físicas (Pontos de fusão e de ebulição e solubilidade). • Distinguir os três tipos de interações intermoleculares que ocorrem entre as moléculas, sabe nomeá-los e ordená-los em função de sua grandeza; • Prever as propriedades físicas a partir da fórmula molecular. Atividades de aprendizagem Mãos à obra!! 1. Como podem ser classificadas as interações intermoleculares que são praticadas nas moléculas polares? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2. Qual é a diferença entre uma ponte de hidrogênio e um dipolo permanente? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. Coloque em ordem crescente as interações intermoleculares. Con- sidere apenas os pontos de fusão e de ebulição como referência. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Química IIe-Tec Brasil 158 4. Complete o seguinte quadro com as devidas geometrias molecula- res, defina se o composto é polar ou apolar e indique que tipo de interação intermolecular o composto químico apresenta: Substância Geometria Polaridade Tipo de interação O2 N2 H2O SO3 SiO2 CH4 BF3 PF5 NH3 5. Complete a seguinte cruzada, com base na aula de hoje e nas au- las anteriores: a) I b) N c) T d) E e) R f) A g) Ç h) Õ i) E j) S e-Tec Brasil159Aula 2 - Interações intermoleculares - 2a parte a) I b) N c) T d) E e) R f) A g) Ç h) Õ i) E j) S k) I l) N m) T n) E o) R p) M q) O r) L s) E t) C u) U v) L w) A x) R y) E z) S a. Para definir a polaridade das moléculas precisamos determinar a polaridade das ligações e a __________. b. Os compostos químicos também são chamados de ___________ químicas. c. Tipo de ligação química que é muito bem explicada pelo modelo do mar de elétrons, tambémchamada de modelo da nuvem eletrônica. d. As ligações químicas ocorrem em função da doação, recepção e compartilhamento dos _____________. Química IIe-Tec Brasil 160 e. Geometria molecular que permite a associação de seis ligantes ao redor do elemento central. f. Geometria molecular que permite a associação de dois ligantes ao redor do elemento central, quando este pertencer à família 6A da tabela periódica. g. As moléculas polares são àquelas em que seus átomos sofrem uma _______, em função da diferença da presença dos elétrons. h. Também chamada de ligação eletrovalente, depende da interação de espécies eletricamente carregadas que se atraem mutuamente. i. Espécies atômicas capazes de doar elétrons para atingir sua estabilidade. j. Espécie atômica que doou elétrons e assumiu uma ou mais cargas positivas, diminuindo sua dimensão. k. Geometria molecular que associa apenas um ligante ao elemento central. l. Geometria molecular que permite a associação de três ligantes ao redor do elemento central, quando este não pertencer à família 5A da tabela periódica. m. Geometria molecular que permite a associação de quatro ligantes ao redor do elemento central. n. Espécie atômica que apresenta 5, 6 ou 7 elétrons de valência tendem a receber ou compartilhar elétrons. o. Geometria molecular que permite a associação de três ligantes ao redor do elemento central, quando este pertencer à família 5A da tabela periódica. p. Espécie atômica que concentra todas as atenções de uma molécula, devido ao fato de que todos os outros átomos estarem associados a ele. q. Toda molécula depende da associação entre os ____________. r. Átomos associados ao elemento central, encontram-se nas arestas de figuras geométricas. s. Os átomos ligantes ocupam os vértices de uma entidade geométrica, pois assim apresentam maior estabilidade, o que significa dizer que apresentam menor _________. e-Tec Brasil161Aula 2 - Interações intermoleculares - 2a parte t. Também chamada de ligação eletrovalente, depende da interação de espécies eletricamente carregadas que se atraem mutuamente, é a chamada ligação __________. u. Agrupado de átomos que praticam ligações químicas entre si. v. Definem as propriedades físicas dos compostos químicos em função da polaridade das ligações, da geometria molecular e da polaridade da molécula, são as interações ___. w. Geometria molecular que permite a associação de cinco ligantes ao redor do elemento central. x. O mesmo que o emparelhamento de elétrons nas ligações iônicas. y. Teoria que indica que os átomos devem estar com sua última camada completa para atingirem estabilidade. z. Espécie atômica carregada com carga negativa que recebeu um ou mais elétrons, aumentando a sua dimensão. e-Tec Brasil 162 e-Tec Brasil163Aula 3 - Funções inorgânicas - 1a parte Na aula de hoje veremos que as funções inorgânicas são características estruturais da matéria. Isto a divide em quatro grandes grupos de compostos que apresentam propriedades similares em função de sua organização molecular. Primeiramente, investigaremos os ácidos com suas fórmulas moleculares, as propriedades, classificação e regras de nomenclatura. Ao final deste encontro você será capaz de reconhecer os ácidos, em função da fórmula molecular, reconhecerá as propriedades, classificação e nomenclatura. 3.1 Funções Inorgânicas - Ácidos São grupos de compostos químicos que apresentam propriedades semelhantes, são características estruturais da matéria. Hoje estudaremos os compostos ácidos. Em geral, estes compostos apresentam-se muito presentes em nosso cotidiano. Estão presentes nas bebidas, na comida, nas frutas, verduras e legumes. Podem ser encontrados ácidos nos rios, mares, lagos e oceanos, bem como no solo. Quem nunca ouviu falar de correção do pH do solo? O pH será estudado posteriormente, mas saiba que ele corresponde a uma escala que expressa a acidez de qualquer meio (sólido, líquido ou gasoso). O ácido ascórbico é a vitamina C, que ingerimos ao comer frutas cítricas (Figura 3.1). Muitas vezes o termo ácido está relacionado à corrosão, seja da pele ou de qualquer outro material, e está diretamente ligado a algo que é nocivo à saúde. Entretanto, se verificarmos as substâncias ao nosso redor poderemos concluir que estamos cercados de ácidos. Em nosso estômago, temos o ácido clorídrico (HCl) extremamente concentrado para dissolver os alimentos. O suor das axilas e dos pés são composições ácidas que contam com substâncias de odor característico e variável para cada indivíduo, por isso os cães podem utilizar seu faro para distinguir as pessoas. Figura 3.1 Laranjas no pé. Fonte: http://www.freepik.com/ Aula 3 - Funções inorgânicas - 1a parte Química IIe-Tec Brasil 164 Os ácidos que se encontram em alta concentração, geralmente, podem ser encontrados em laboratórios de escolas, empresas e etc. Evite sua exposição aos compostos químicos que podem ser nocivos à saúde! Se você trabalha com isso, tente manter a atenção no manuseio, armazenamento e utilização. Procure sempre auxílio de colegas, de escola ou da empresa, dos professores ou responsáveis pelo laboratório para evitar acidentes. Seja sempre assistido em suas tarefas com produtos químicos. Em caso de contato com a pele, lave com água corrente imediatamente! Evite o contato desta água com outras porções de pele. Deixe a água correr livremente pela pele que entrou em contato com o ácido por cerca de quinze minutos. Em caso de ingestão, tomar bicarbonato de sódio ou leite de magnésia. Nunca provocar o vômito! Se a pessoa regurgitar, a parte que foi queimada com o ácido, na entrada do ácido, pode mais uma vez ser afetada, também na sua saída, aumentando os danos. 3.1.1 Ácidos Definição de Arrhenius: Liberam como cátion exclusivamente o H+. Obs.: Os ácidos apresentam um ou mais hidrogênios associados a elementos muito eletronegativos. Este pode ser liberado sob a forma de H+ que confere as propriedades características destes compostos. I - Fórmula geral: HxA Sofrem sempre ionização: HxA xH+ + Ax- O H+ liga-se ao H2O através de uma ligação covalente coordenada: H + + H2O H3O+, formando o íon hidrônio ou hidroxônio. II - Propriedades • Sabor azedo • Formam soluções eletrolíticas • Neutralizam bases. III - Classificação Os ácidos podem ser classificados segundo os seguintes critérios: a. Quanto à presença do oxigênio Hidrácidos: caso não apresentem oxigênio no ânion (Ex.: HCN, HCl,...). e-Tec Brasil165Aula 3 - Funções inorgânicas - 1a parte Oxiácidos: caso apresentem oxigênio no ânion (Ex.: HNO3, H2SO4,...). b. Quanto à força Sua força é dada pelo grau de ionização: α = móleculas ionizadas moléculas dissolvidas Fortes: α > 0,5 Fracos: α < 0,5 Obs.: Segundo Pauli (apenas para oxiácidos). Pela diferença de hidrogênios e oxigênios. HxEOY onde y-x pode ser: 0 ou 1 ácido fraco; 2 ou 3 ácido forte. c. Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis Monoácidos: apenas um ionizável (HCl, HNO3,...) Diácidos: dois ionizáveis (H2SO4, H2CO3,...) Triácidos: três ionizáveis (H3PO4, H3BO3,...) Poliácidos: quatro ou mais ionizáveis (H4[Fe(CN)],...) IV – Nomenclatura (Hidrácidos) (Nome do ânion) (Oxiácidos) Ácido ídrico_____________ Química IIe-Tec Brasil 166 Obs.: No caso dos oxiácidos seu nome varia de acordo com o Nox do elemento central. V - Exceções: H2CO3 – Ácido carbônico; H2Cr2O7 – Ácido dicrômico; H3BO3 – Ácido bórico. Prefixos usados em nomenclatura: Orto = ico Meta = 1(Orto) – H2O Piro = 2(Orto) – H2O Saiba mais pH = Potencial hidrogeniônico, representa a concentração de íons H+ dissolvidosem uma solução. ácido ascórbico H2S: ácido sulfídrico HF: ácido fluorídrico HCl: ácido clorídrico HBr: ácido bromídrico HI: ácido iodídrico HCN: ácido cianídrico HNO2: ácido nítroso HNO3: ácido nítrico H2CO3: ácido carbônico H2SO3: ácido sulfuroso H2SO4: ácido sulfúrico H3PO3: ácido fosforoso H3PO4: ácido fosfórico HClO: ácido hipocloroso HClO2: ácido cloroso HClO3: ácido clórico HClO4: ácido perclórico HBrO: ácido hipobromoso HBrO2: ácido bromoso HBrO3: ácido brômico HBrO4: ácido perbrômico HIO: ácido hipoiodoso HIO2: ácido iodoso HIO3: ácido iódico HIO4: ácido periódico CH3COOH: ácido acético Ácido Hipo oso oso ico Per oso +1 ou +2 +3 ou +4 +5 ou +6 +1 ou +2 HO HO HO OH H OO e-Tec Brasil167Aula 3 - Funções inorgânicas - 1a parte Resumo Ao chegar neste ponto você é capaz de: • Reconhecer os ácidos pela observação de suas fórmulas moleculares; • Separar os ácidos pelas suas propriedades; • Classificar e nomear os compostos ácidos. Atividades de aprendizagem Não deixe de resolver os seguintes exercícios. Com certeza irão colaborar com seu aprendizado! 1. Defina corretamente um ácido, segundo Arrhenius. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Qual é a fórmula geral de um ácido? ________________________________________________________________ 3. Quais são as principais propriedades dos ácidos? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 4. Como os ácidos podem ser classificados? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 5. Quanto à presença de oxigênio, como os ácidos podem ser classi- ficados? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 6. Quanto à força, como os ácidos podem ser classificados? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Encontre nos seguintes links al- guns experimentos que envolvem as relações entre as funções inor- gânicas e o cotidiano. http://www.youtube.com/ watch?v=kWuR_XV8S2M http://www.youtube.com/ watch?v=6YOaZBn3YJ4 Acidez dos alimentos e di- gestão: Podemos encontrar ácidos em todos os alimentos que apre- sentam sabor azedo, além disso, temos ácido clorídrico (HCl) em nosso estômago. Este ácido não corrói a parede estomacal devido ao fato de termos no estômago uma substância que impede isso. Entretanto, os alimentos que in- gerimos são atacados pelo áci- do, que decompõe os alimentos preparando-os para a absorção do corpo. Química IIe-Tec Brasil 168 7. Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis, como os ácidos po- dem ser classificados? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 8. Complete corretamente a seguinte tabela, tendo por base a aula de hoje: Ácido Nome Classificação – Quan- to à presença de oxigênio Classificação – Quan- to ao número de hi- drogênios ionizáveis H2S Ácido ácido Ácido HF Ácido ácido Ácido HCl Ácido ácido Ácido HBr Ácido ácido Ácido HI Ácido ácido Ácido HCN Ácido ácido Ácido HNO3 Ácido ácido Ácido H2CO3 Ácido ácido Ácido H2SO4 Ácido ácido Ácido H3PO4 Ácido ácido Ácido HClO Ácido ácido Ácido HClO2 Ácido ácido Ácido HClO3 Ácido ácido Ácido HClO4 Ácido ácido Ácido CH3COOH Ácido ácido Ácido e-Tec Brasil169Aula 3 - Funções inorgânicas - 1a parte 9. Complete a cruzada, com base na aula de hoje. a) Á b) C c) I d) D e) O f) S a. A substância na qual dissolvemos os ácidos para constituir as soluções eletrolíticas é a ___________. b. Ácidos que apresentam, em sua fórmula molecular, apenas um hidrogênio ionizável. c. As soluções que podem ser geradas a partir da dissociação dos ácidos em água, que conduzem corrente elétrica, podem ser chamadas de ____________. d. O sabor dos ácidos é ____________. e. Os ácidos que apresentam oxigênio em sua fórmula molecular podem ser classificados como ____________. f. O nome do H2SO4 é ácido __________. e-Tec Brasil171Aula 4 - Funções inorgânicas - 2a parte Hoje veremos que as funções inorgânicas são características estruturais da matéria. Isto a divide em quatro grandes grupos de compostos que apresentam propriedades similares em função de sua organização molecular. Primeiramente investigaremos as bases, também conhecidas como hidróxidos ou álcalis, suas fórmulas moleculares, propriedades, classificação e regras de nomenclatura. Ao final deste encontro você será capaz de reconhecer não apenas as bases em função da fórmula molecular, como também as propriedades, a classificação e a nomenclatura. 4.1 Funções Inorgânicas - Bases São grupos de compostos químicos que apresentam propriedades similares, são características estruturais da matéria. A partir de agora estudaremos os compostos básicos, que se encontram muito presentes em nosso dia a dia. Podemos encontrar as bases em bebidas, comidas, nas frutas, verduras, legumes e etc. Também podem ser encontrados no meio ambiente, nas fontes de água e nos alimentos. Em particular, as bases podem alterar o pH de um sistema por neutralizarem os íons H+ presentes em uma solução. As bases mais conhecidas são a soda cáustica (hidróxido de sódio - NaOH), e o leite de magnésia (hidróxido de magnésio – Mg(OH)2). A primeira é muito empregada para desentupir os sistemas de escoamento de água das casas, e a segunda é um poderoso laxante. Devido a sua utilização, ambas devem ser manuseadas e administradas com cautela, pois uma é extremamente corrosiva e a outra pode levar uma pessoa à desidratação. As bases podem ser encontradas em algumas frutas, como caqui ou bananas verdes. Figura 4.1 Bananas verdes. Fonte: http://www.sxc.hu/ Aula 4 - Funções inorgânicas - 2a parte Química IIe-Tec Brasil 172 Devido à nocividade, deve-se evitar exposição aos compostos químicos. Todo profissional que trabalha com produtos químicos de alta concentração, deve manter a atenção redobrada durante o manuseio, armazenamento e utilização. Deve exigir sempre o auxílio de alguém que verdadeiramente entende do assunto, pode ser da escola, da empresa, o professor responsável ou o técnico credenciado do laboratório para evitar acidentes. Procure sempre ser assistido em suas tarefas quando estiver lidando com produtos químicos. Em caso de contato com a pele, lave com água corrente imediatamente! Evite o contato desta águacom outras porções de pele. Deixe a água correr livremente pela pele que entrou em contato com a base por cerca de quinze minutos. Em caso de ingestão, tomar refrigerante rico em ácidos. Nunca tente provocar o vômito! Se você regurgitar, a parte que foi queimada com a base, no momento da entrada, pode ser afetada também na saída, o que aumenta os danos sobre o tecido. 4.1.1 Bases (Hidróxidos ou álcalis) Definição de Arrhenius: Liberam como ânion exclusivamente OH- (Hidroxila ou Oxidrila). I - Fórmula Geral: C(OH)x Sofrem sempre com dissociação: C(OH)x Cx+ + xOH- II - Propriedades: • Sabor adstringente; • Formam soluções eletrolíticas; • Neutralizam ácidos. III - Classificação: As bases podem ser classificadas segundo os seguintes critérios. a. Quanto ao número de hidroxilas Monobases: apresentam uma hidroxila; Dibases: apresentam duas hidroxilas; Tribases: apresentam três hidroxilas; Polibases: apresentam quatro ou mais hidroxilas. Nocividade: caráter do que é nocivo, danoso, prejudicial. e-Tec Brasil173Aula 4 - Funções inorgânicas - 2a parte b. Quanto à força É dada pelo grau de ionização: α = moléculas dissociadas moléculas dissolvidas Fortes: α 1 (Tende) Fracos: α 0 (Tende) c. Quanto à solubilidade Solúveis: NH4OH, 1A, 2A. (Exceção Mg); Insolúveis: As demais bases. IV - Nomenclatura Hidróxido de ___________________________ (Nome do cátion) Obs.: Se o cátion apresentar mais de um Nox deve-se expressá-lo em algarismo romano, ICO para Nox maior e OSO para Nox menor. Ex.: Fe(OH)2 – Hidróxido de ferro II – (ferroso); Ex.: Fe(OH)3 – Hidróxido de ferro III – (férrico). Saiba mais Glossário pH = Potencial hidrogeniônico, representa a concentração de íons H+ dissolvidos em uma solução. Basicidade dos alimentos e acidez estomacal: Podemos encontrar bases em todos os alimentos que apresentam sabor adstringente (amarrento). No in- terior do estômago temos ácido clorídrico (HCl) que em grande quantidade dá a queimação no mesmo, conhecida como azia. Para amenizar o sintoma, sugere- se ingerir uma base fraca de leite de magnésia. No entanto, se a pessoa sente azia com muita fre- quência, deve consultar um médi- co, pois a azia não tratada pode conduzir a uma úlcera. Acompanhe alguns vídeos com as utilizações de compostos bá- sicos através dos seguintes links. http://www.youtube.com/ watch?v=XnQxT9mp3bI h t t p : / / w w w. y o u t u b e . c o m / w a t c h ? v = 2 C 7 R _ siiUIg&feature=related LiOH: hidróxido de lítio NaOH: hidróxido de sódio KOH: hidróxido de potássio RbOH: hidróxido de rubídio CsOH: hidróxido de césio FrOH: hidróxido de frâncio Be(OH)2: hidróxido de berílio Mg(OH)2: hidróxido de magnésio Família 1A: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Família 2A: Be. Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Ca(OH)2: hidróxido de cálcio Sr(OH)2: hidróxido de estrôncio Ba(OH)2: hidróxido de bário Ra(OH)2: hidróxido de rádio Al(OH)2: hidróxido de alumínio NH4OH: hidróxido de amônio (amoníaco) Química IIe-Tec Brasil 174 Resumo Você aprendeu a: • Reconhecer as bases pela observação de suas fórmulas moleculares. • Separar as bases pelas suas propriedades. • Classificar e nomear os compostos básicos. Atividades de aprendizagem Vamos fixar o que você acabou de aprender? 1. Defina corretamente uma base, segundo Arrhenius. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Qual é a fórmula geral de uma base? ________________________________________________________________ 3. Quais são as principais propriedades das bases? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 4. Como as bases podem ser classificadas? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 5. Quanto ao número de hidroxilas, as bases podem ser classificadas em: ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 6. Quanto à força, como as bases podem ser classificadas? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 7. Quanto à sua solubilidade, como as bases podem ser classificadas? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ e-Tec Brasil175Aula 4 - Funções inorgânicas - 2a parte 8. Complete corretamente a seguinte tabela, tendo por base a aula de hoje: Base Nome Classificação – Quanto ao núme- ro de hidroxilas Classificação – Quanto à solubi- lidade (solúvel ou insolúvel) LiOH Hidróxido de base NaOH Hidróxido de base KOH Hidróxido de base RbOH Hidróxido de base CsOH Hidróxido de base FrOH Hidróxido de base Be(OH)2 Hidróxido de base Mg(OH)2 Hidróxido de base Ca(OH)2 Hidróxido de base Sr(OH)2 Hidróxido de base Ba(OH)2 Hidróxido de base Ra(OH)2 Hidróxido de base Al(OH)3 Hidróxido de base NH4OH Hidróxido de base Química IIe-Tec Brasil 176 9. Complete a seguinte cruzada, com base na aula de hoje: a) B b) A c) S d) E e) S a. Classificação das bases que apresentam apenas uma hidroxila. b. Grupo responsável pela basicidade dos compostos. c. Os hidróxidos, ou bases, também podem ser chamados de ___________. d. O sabor das bases é _____________. e. O Mg (OH)2 é o hidróxido de magnésio (leite de magnésia), é uma dibase, é fraca (pois, podemos ingerir como laxante) e _______________. e-Tec Brasil177Aula 5 - Funções inorgânicas - 3a parte Na aula de hoje veremos que as funções inorgânicas são caracterizadas pelas colorações diferenciadas quando estão em contato com indicadores, também chamados de indicadores ácido-base. Ao final deste encontro você será capaz de reconhecer as colorações das soluções ácidas e das soluções básicas. 5.1 Indicadores ácido-base Quando entramos em contato com as soluções que potencialmente podem ser reativas com nossa pele, resultando em queimaduras, podemos (sem inalar, pois os vapores podem ser corrosivos também) determinar sua acidez ou sua basicidade em função da utilização de indicadores. Os indicadores mais comuns são listados na Tabela 5.1, a seguir, onde podem ser vistas cores que revelam sua função inorgânica (ácida ou básica). Indicador ácido-base Solução ácida/básica Coloração da solução Fenolftaleína Ácida Incolor Básica Rósea Papel tornassol (Azul) Ácida Vermelho Básica Azul Papel tornassol (Vermelho) Ácida Vermelho Básica Azul Azul de bromotimol Ácida Amarelo Básica Azul Vermelho de metila Ácida Vermelho Básica Amarelo Tabela 5.1 - Colorações das soluções ácidas e básicas com os indicadores mais comuns. Fonte: Elaborado pelo autor. Em um experimento realizado em aula, foi utilizado um repolho roxo, como indicador ácido-base, que serviu para a dosagem da acidez e da basicidade das soluções cotidianas como: desinfetante, sabão em pó, sabonete, sabão em pedra, vinagre, solução de bicarbonato de sódio, detergente, Aula 5 - Funções inorgânicas - 3a parte Química IIe-Tec Brasil 178 perfume, xampu, condicionador,desodorante, pasta de dente, ácido e base (comercializados em seu estado mais purificado) entre outros. A figura 5.1 mostra as colorações das soluções cotidianas testadas. Os tubos de ensaio com as soluções mais avermelhadas contêm os produtos mais ácidos; enquanto que as soluções mais básicas geram as colorações mais esverdeadas. Figura 5.1 - Apresenta as colorações das soluções ácidas e básicas com o indicador de repolho roxo. Fonte: Acervo do autor Na figura 5.2, são apresentados alguns produtos para caracterizar as diversas colorações contidas no interior dos tubos de ensaio da figura 5.1. Figura 5.2 - Mostra alguns produtos encontrados nas residências, usados no experimento do indicador ácido-base. Fonte: Acervo do autor Resumo Agora você é capaz de: • Reconhecer e diferenciar as colorações das soluções que podem ser ácidas ou básicas. • Identificar e classificar as soluções enquanto ácidas ou básicas em função da utilização dos indicadores ácido-base. Veja alguns interessantes experi- mentos realizados com ácidos e bases pelos seguintes links. http://www.youtube.com/wa tch?v=fvR8AXAVlps&feature =related http://www.youtube.com/wa tch?v=eRjZ_9YxCnk&feature =related http://www.youtube.com/wa tch?v=mseVO6ml1XU&featu re=related e-Tec Brasil179Aula 5 - Funções inorgânicas - 3a parte Atividades de aprendizagem Mãos à obra!! 1. Por que é recomendada a utilização dos indicadores ácido-base, para definir o caráter de um sistema? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Complete a seguinte tabela com as corretas colorações dos indica- dores ácido-base enquanto estiverem em contato com as soluções ácidas e básicas. Indicador ácido-base Solução ácido-básica Coloração da solução Fenolftaleína Ácida Básica Papel tornassol (Azul) Ácida Básica Papel tornassol (Vermelho) Ácida Básica Azul de bromotimol Ácida Básica Vermelho de metila Ácida Básica e-Tec Brasil181Aula 6 - Funções inorgânicas - 4a parte Na aula de hoje veremos mais uma função inorgânica, os sais. Em primeiro plano, estudaremos o reconhecimento destas estruturas, pela observação de suas fórmulas moleculares, suas propriedades, sua classificação e suas regras de nomenclatura. Ao final deste encontro você será capaz de reconhecer não somente os sais, em função da fórmula molecular, mas também as propriedades, a classificação e a nomenclatura. 6.1 Funções Inorgânicas - Sais Os sais pertencem a um grupo de compostos químicos que apresentam propriedades semelhantes, e este fato se deve ao arranjo estrutural da matéria. Estes compostos se encontram em pequenas quantidades até mesmo na água mineral que consumimos, a água do mar tem forte sabor salgado pela presença de NaCl (cloreto de sódio, nosso sal de cozinha) e outros inúmeros sais dissolvidos. Um sal muito utilizado é o bicarbonato de sódio (NaHCO3 – hidrogenocarbonato de sódio) para a cura de aftas e acidez estomacal conhecida como azia. Como vimos anteriormente, nas aulas de periodicidade química, devemos ter um cuidado extra com compostos que apresentam metais pesados, pois estes apresentam a característica de se acumular em nosso organismo. Além deste cuidado, o contato direto com produtos químicos concentrados pode conduzir a uma intoxicação e a posterior doenças. Sempre manuseie e armazene os produtos químicos nocivos com atenção, cuidado e preferencialmente sob supervisão. Em geral, o sal de cozinha é retirado das salinas. Em seguida, este sofre um processo de iodação, adição de iodo, pois é o principal veículo de consumo do ser humano (todos comem sal misturado aos alimentos comercializados). O consumo de iodo evita o bócio, também conhecida como papada, pois desenvolve a região do pescoço, deixando a pessoa com um papo. Usualmente o sal é apresentado à sociedade em saleiros, conforme Figura 6.1. Figura 6.1: Saleiros que armazenam o sal, muito utilizados e restaurantes. Fonte: http://www.freepik.com/ Aula 6 - Funções inorgânicas - 4a parte Química IIe-Tec Brasil 182 6.1.1 Sais Definição: compostos que devem apresentar pelo menos um cátion diferente do H+ e pelo menos um ânion diferente de OH-. I - Fórmula Geral: CxAy Sofrem sempre dissociação: CxAy xCy+ + yAx- II - Propriedades: • Sabor salgado • Formam soluções eletrolíticas • Resultam da neutralização de ácidos com bases. III - Classificação Os sais podem ser classificados segundo alguns critérios. a. Quanto ao nº de cátion e/ou ânions a.1 Duplos (pelo cátion): apresentam dois cátions (NaLiCO3, KNaSO4,...); a.2 Duplos (pelo ânion): apresentam dois ânions (CaFBr, AlFSO4,...); b. Quanto aos íons b.1 Normais: não apresentam H+ nem OH- (NaBr,...); b.2 Ácidos: Apresentam um ou mais H+ na estrutura (NaHCO3,...). Gerados a partir de neutralização parcial por parte do ácido; b.3 Básicos: Apresentam uma ou mais OH- na estrutura (MgOHI,...). Gerados a partir de neutralização parcial por parte da base; b.4 Anidros: sem água de hidratação (NaCl, CaF2,...); b.5 Hidratados: com água de hidratação (CuSO4 . H2O,...). Os sais podem ser chamados de higroscópicos se estes tiverem a tendência de pegar água do meio em que se encontram. Se esta tendência for muito intensa são denominados de deliquescentes. NaCl: cloreto de sódio CaCO3: carbonato de cálcio NaHCO3: bicarbonato de sódio e-Tec Brasil183Aula 6 - Funções inorgânicas - 4a parte IV - Nomenclatura Ácido ghhhg Ânion oso ito iço ato ídrico eto Resumo Aprendemos nesta aula a: • Reconhecer os sais pela observação de suas fórmulas moleculares • Separar os sais de acordo com suas propriedades • Classificar e nomear os compostos salinos. Atividades de aprendizagem Vamos fixar o conteúdo? 1. Defina corretamente um sal. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Qual é a fórmula geral de um sal? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. Quais são as principais propriedades dos sais? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ___________________ de _______________________ (Nome do ânion) (Nome do cátion) Obs.: Se o cátion apresentar mais de um Nox deve-se expressá-lo em algarismo romano, ICO para Nox maior e OSO para Nox menor. Pb(Br)2 – Brometo de chumbo II – (plumboso); Pb(Br)4 – Brometo de chumbo IV – (plúmbico). Obs.: O nome do ânion pode ser facilmente determinado pela sua relação com o nome do ácido (pelas terminações). Água do mar: Você sabia que a água do mar apresenta uma enorme quantidade de diversos tipos de sais dissolvidos? A mas- sa da água do mar é 3,5% de sal. Em particular, Se pegarmos 1 litro de água do mar, teremos cerca de 35g de sal, um deles é o sal de cozinha (NaCl) além de outros sais também dissolvidos. Dependendo do oceano podemos encontrar variações deste percen- tual. Por exemplo, 1 litro da água do Mar Morto, contém aproxima- damente 300g de sal dissolvido, cerca de dez vezes mais que o anterior citado. Este oceano é ali- mentado pelo Rio Jordão e banha a Jordânia, Israel e a Cisjordânia. Química IIe-Tec Brasil 184 4. Como os sais podem ser classificados? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 5. Quanto ao número decátions, como podemos classificar os sais? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 6. Quanto ao número de ânions, como podemos classificar os sais? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 7. Quanto ao número de íons, como podemos classificar os sais? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 8. O que são sais anidros? E hidratados? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 9. Complete a seguinte cruzada, com base na aula de hoje: a) S b) A c) I d) S e) A f) N g) I h) D i) R j) O k) S e-Tec Brasil185Aula 6 - Funções inorgânicas - 4a parte a. Sabor dos sais. b. Os sais são produtos resultantes da neutralização dos ácidos pelas ___________. c. Os sais, assim como os ácidos e as bases, são capazes de formar soluções que conduzem a corrente elétrica. Tais soluções são conhecidas como __________ . d. Os sais que apresentam mais de um cátion ou mais de um ânion podem ser chamados de ______________. e. As estruturas moleculares de compostos salinos que apresentam água de hidratação conferem a estes qual classificação? f. Com relação à presença de íons, os sais podem ser classificados como ácidos, básicos ou _____________. g. Quanto ao número de íons, os sais podem ser classificados como ácidos, neutros ou ______________. h. Quando um sal é caracterizado por um forte (intenso caráter) higroscópico ele deve ser chamado de ______________. i. O sal que tem facilidade de se dissolver com a água vaporizada, presente no ar atmosférico, pode ser chamado de _______________. j. Os sais são produtos resultantes da neutralização dos hidróxidos com os ___________. k. Os sais podem ser duplos pelo ânion e também pelo ______________. e-Tec Brasil 186 e-Tec Brasil187Aula 7 - Funções inorgânicas - 5a parte Na aula de hoje concluiremos os estudos sobre as funções inorgânicas, com os óxidos. Primeiramente, investigaremos seu reconhecimento, por meio das estruturas moleculares, em seguida verificaremos a classificação e as regras de nomenclatura. Ao final deste encontro você será capaz de reconhecer os óxidos, em função da fórmula molecular, da classificação e da nomenclatura. 7.1 Funções Inorgânicas - Óxidos Os óxidos são substâncias químicas que apresentam propriedades muito variadas, não existe um padrão, uma regra, a ser seguido como foi observado anteriormente para os ácidos, as bases e os sais. Os compostos que não pertencem a estas funções são os demais, sempre binários contendo o oxigênio como elemento mais eletronegativo. Os óxidos estão presentes nos alimentos, nas bebidas, na atmosfera, etc. O óxido mais conhecido é o monóxido de di-hidrogênio (H2O – a água), que se destaca por ser insípida, inodora e incolor. Além de constituir grande parte dos seres vivos, bem por isso, ela é de grande importância para a manutenção da vida. Outro óxido muito conhecido é o dióxido de carbono (CO2 – gás carbônico), responsável pelo efeito estufa, é utilizado nos extintores e também é ingerido sob a forma de água gaseificada, nos refrigerantes. Outro óxido muito presente em nosso cotidiano é o óxido de ferro (FeO) apresentado na Figura 7.1. Eletronegativo: elemento que apresenta grande tendência de atrair elétrons, ou seja, é o ele- mento que ficará negativo (ânion) depois da ligação química. Insípida: substância que não apresenta sabor. Inodora: substância que não apresenta cheiro. Incolor: substância que não apresenta coloração. Efeito estufa: fenômeno que ocorre na interface da atmosfe- ra terrestre e o espaço sideral. A alta concentração do CO2 nesta região impede a saída do calor. Isto pode resultar em um aumen- to nas temperaturas causando o derretimento das calotas polares (de gelo) e o consequente au- mento no nível dos rios, mares, lagos e oceanos. Figura 7.1 - Apresenta a imagem do ferro que sofreu oxidação. Fonte: Acervo do autor Aula 7 - Funções inorgânicas - 5a parte Química IIe-Tec Brasil 188 7.1.1 Óxidos São compostos binários onde o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. São produtos resultantes da neutralização dos ácidos pelos hidróxidos. I - Fórmula Geral: CxOy Onde o O da fórmula deve ser, obrigatoriamente, o oxigênio! Este deve ser o ânion da fórmula molecular, bem por isso encontra-se no final da fórmula. II - Classificação: Os óxidos podem ser classificados segundo alguns critérios. a) Ácidos: reagem com H2O formando ácidos. Neutralizam bases (SO3, CO2, NO2,...); b) Básicos: reagem com H2O formando bases. Neutralizam ácidos (CaO, BaO, MgO,...); c) Anfóteros: neutralizam ácidos e bases (As2O3, Sb2O5, ZnO, PbO,...); d) Neutros: não reagem com H2O, bases ou ácidos (CO, NO,...); e) Duplos: constituídos por duas variedades de óxidos, formados pelo mesmo elemento químico (Fe3O4, CO3O4,...); f) Peróxidos: substâncias na qual o oxigênio aparece com Nox = -1. (H, 1A, 2A); g) Superóxidos: substâncias na qual o oxigênio aparece com Nox = -1/2. (1A, 2A). III - Nomenclatura I Óxido de ________________________ (Nome do cátion) Obs.: Se o cátion apresentar mais de um Nox deve-se expressá-lo em algarismo romano, ICO para Nox maior e OSO para Nox menor. Composto binário: formado por apenas dois elementos quí- micos. Família 1A: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Família 2A: Be. Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Nox: Número de oxidação. Depen- de da valência de um átomo, repre- senta a exata carga de um átomo dentre de um composto. Por exem- plo: se um átomo doa um elétron, assume uma carga +1, este é o seu Nox. Ex.: FeO – Óxido de ferro II – (ferroso); Ex.: Fe2O3 – Óxido de ferro III – (férrico). IV - Nomenclatura II e-Tec Brasil189Aula 7 - Funções inorgânicas - 5a parte Resumo Ao chegar neste ponto você tem capacidade de: • Reconhecer os óxidos pela observação de suas fórmulas moleculares • Separar os óxidos pela sua classificação • Nomear corretamente os óxidos. Atividades de aprendizagem 1. Defina corretamente um óxido. ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Qual é a fórmula geral de um óxido? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. Quais as classificações dos óxidos? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 4. Qual a principal característica de um peróxido? E de um superóxi- do? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ Mono Di Tri ... Mono Di Tri ... óxido de (Nome do cátion) Efeito estufa: Esteefeito é cau- sado pela retenção do calor do planeta, em sua atmosfera. Em especial, a queima dos combus- tíveis produz dióxido de carbono (CO2) que impede que o calor saia pela atmosfera, o que cau- saria um aquecimento natural na Terra. O problema posterior a este aquecimento, é o derretimento das calotas polares de gelo, o que pode aumentar o nível dos oceanos que cobririam porções continentais não submersas. Química IIe-Tec Brasil 190 5. Complete a seguinte cruzada, com base na aula de hoje: a) Ó b) X c) I d) D e) O f) S g) Á h) C i) I j) D k) O l) S a. Funções inorgânicas que reagem com os ácidos dando origem a um sal e um óxido. b. Tipo de óxido que apresenta o oxigênio com Nox = -1/2. c. Os óxidos que reagem com água e dão origem a um ácido são classificados como óxidos __________. d. Compostos constituídos por duas variedades de óxidos, formados pelo mesmo elemento químico, isso o classifica como óxido _____________. e. Os óxidos que neutralizam os ácidos e as bases são classificados como __________. f. Os óxidos que não reagem com água, ácido ou base podem ser chamados de _______. g. Os óxidos que reagem com água e dão origem a um hidróxido são classificados como óxidos ___________. h. O caso da água, não apresenta coloração, pode ser dito que esta substância é ______. e-Tec Brasil191Aula 7 - Funções inorgânicas - 5a parte i. O óxido que não apresenta odor pode ser chamado de _________. j. Tipo de óxido que apresenta o oxigênio com Nox = -1. k. Os óxidos são definidos como compostos binários que apresentam o _______ como elemento mais eletronegativo. l. Compostos formados por apenas dois elementos químicos. e-Tec Brasil193Aula 8 - Balanceamento das esquações Na aula de hoje veremos as equações químicas, cujo objetivo é descrever o que acontece com a matéria. Portanto, devemos conhecer seus elementos básicos. Veremos que é possível propor reagentes e produtos para novas sínteses, e compreenderemos a necessidade de acertar seus coeficientes. Ao final deste encontro você será capaz de reconhecer os elementos das equações químicas, de propor reagentes e produtos para sínteses e de acertar devidamente seus coeficientes. 8.1 Balanceamento de equações As equações químicas têm o objetivo de explicar o que se observa na natureza. Se esta explicação ocorrer de forma eficiente, podemos utilizá-las para prever mecanismos de reação e propor produtos para a reação de determinados compostos químicos. O objetivo do balanceamento é equilibrar os dois lados de uma equação, pois deve apresentar o mesmo número de átomos nos reagentes e nos produtos, como relaciona a Figura 8.1, que segue. Figura 8.1 Deve representar a necessidade de equilíbrio entre reagentes e produtos. http://www.freepik.com/ 8.1.1 Elementos básicos das equações químicas Na seguinte equação, temos o ácido clorídrico reagindo com a soda cáustica, dando origem ao sal de cozinha e água: HCl(aq.) + NaOH(aq.) NaCl(aq.) + H2O(aq.) Aula 8 - Balanceamento das equações Química IIe-Tec Brasil 194 É importante que você perceba as informações que estão associadas nesta equação. Para tanto, observaremos o primeiro reagente: HCl(aq.). Note que aqui é apresentada a fórmula química da substância, seu estado físico subscrito (neste caso, aquoso = aq.). Estes estados físicos podem ser expressos por outros símbolos, como: sólido (s), líquido (l), gasoso (g) e vapor (v). Todos os símbolos sempre subscritos! Se novamente observarmos a equação química acima, também perceberemos que os compostos químicos se encontram separados por sinais de mais (+). A seta () separa os reagentes dos produtos. Nesta equação os coeficientes são unitários (iguais a um), por isso não são descritos, porém os coeficientes devem sempre estar presentes nas equações. Pois, estes revelam as reais proporções entre as substâncias consumidas (os reagentes) e os novos compostos químicos gerados (os produtos). 8.2 Balanceamento de equações Consiste em acertar os coeficientes da equação em questão, de modo que não sejam alterados os algarismos que expressam a atomicidade da substância. Lembre-se da Lei de Lavoisier que diz que: “Na natureza, nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”. Seguindo esta Lei o número de átomos que estão nos reagentes e produtos deve ser o mesmo. Este balanceamento pode ser feito de duas formas: por tentativas (método direto) ou por oxirredução. 8.2.1 Balanceamento por tentativas Regras Práticas: 1ª) Identificamos a espécie que apresenta maior atomicidade (maior número de átomos); 2ª) Atribuímos o coeficiente 1 para esta espécie (de maior atomicidade); 3ª) A partir deste coeficiente, podem-se determinar os outros, por tentativas; 4ª) Caso apareça algum coeficiente não inteiro, devemos multiplicar os outros coeficientes de modo que todos fiquem inteiros. Ex.: Fe(s) + O2(g) Fe2O3(s) Observe que Fe2O3 é a espécie com maior atomicidade, portanto, seu coeficiente deve ser a unidade: Fe(s) + O2(g) 1 Fe2O3(s) Reagentes: substâncias que serão consumidas no decorrer da reação. Produtos: substâncias que serão formadas no decorrer da reação. e-Tec Brasil195Aula 8 - Balanceamento das esquações Na sequência podemos balancear os outros coeficientes: 2 Fe(s) + 3/2 O2(g) 1 Fe2O3(s) Veja que um dos coeficientes é fracionário, portanto, devemos multiplicar todos os coeficientes pelo menor número inteiro de forma que todos os coeficientes fiquem inteiros. Neste caso o menor número é o dois: 4 Fe(s) + 3 O2(g) 2 Fe2O3(s) Resumo Ao chegar neste ponto você está apto a: • Reconhecer os elementos básicos das equações químicas. • Propor produtos e reagentes para a síntese de compostos químicos. • Separar compostos químicos e balancear corretamente as equações. • Operar as equações, transformando-as conforme a necessidade. Atividades de aprendizagem Com seu esforço, nosso aprendizado ficará mais fácil! 1. Quais são os elementos presentes em uma equação química? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Quais são as regras para o balanceamento por tentativas? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. Balanceie corretamente as seguintes equações químicas: a. HCl(aq.) + KOH(aq.) KCl(aq.) + H2O(aq.) b. HBr(aq.) + NaOH(aq.) NaBr(aq.) + H2O(aq.) c. HI(aq.) + Ca(OH)2(aq.) CaI2(aq.) + H2O(aq.) d. HF(aq.) + Al(OH)3(aq.) AlF3(aq.) + H2O(aq.) e. H2S(aq.) + LiOH(aq.) Li2S(aq.) + H2O(aq.) Química IIe-Tec Brasil 196 4. Observando as seguintes equações químicas, circule os reagentes e sublinhe os produtos, note que estas equações não estão balanceadas: a) HCl(aq.) + KOH(aq.) KCl(aq.) + H2O(aq.) b) HBr(aq.) + NaOH(aq.) NaBr(aq.) + H2O(aq.) c) HI(aq.) + Ca(OH)2(aq.) CaI2(aq.) + H2O(aq.) 5. Complete a seguinte cruzada, com base na aula de hoje: a) E b) Q c) U d) A e) Ç f) Ã g) O h) Q i) U j) Í k) M l) I m) C n) A e-Tec Brasil197Aula 8 - Balanceamento das esquações a. O acerto dos coeficientes de uma equação química também é chamado de ______. b. O símbolo (l) representa qual estado físico. c. Quando encontramos a espécie de maior atomicidade atribuímos a esta o coeficiente ___________. d. O símbolo (v) representa qual estado físico. e. O balanceamento ou acerto de coeficientespode ocorrer por tentativas ou por _____. f. Toda equação química tem o objetivo de explicar o que acontece numa _______ que ocorre na natureza. g. Espécies químicas que são geradas numa reação. h. O símbolo (aq.) representa qual estado físico. i. Os sinais de mais (+) e as setas (→) têm o objetivo de separar os compostos ______. j. Sólido, líquido, gasoso e vapor são exemplos de estados _______________. k. Quando iniciamos um balanceamento, acerto de coeficientes, devemos primeiramente identificar a espécie química que apresenta a maior ______________. l. O símbolo (s) representa qual estado físico. m. Quando temos uma equação química, o nosso objetivo é balancear apenas acertando seus __________________. n. Substâncias químicas que são formadas numa reação. e-Tec Brasil199Aula 9 - Estequiometria - 1a parte Nesta aula tomaremos como referência as equações químicas devidamente balanceadas. Entraremos em contato com as leis ponderais e volumétricas, que regem e dizem respeito às reações químicas que ocorrem e podem ser representadas pelas equações químicas, além da hipótese e o número de Avogadro. Posteriormente, investigaremos a referência de massa para um átomo e sua relação com a unidade grama. Ao final deste encontro você será capaz de relacionar a massa dos átomos e estendê-las a unidade de massa (o grama). Poderá reconhecer, interpretar e aplicar as leis ponderais e volumétricas e a hipótese e o número de Avogadro. 9.1 Unidade de Massa Atômica Através de experimentos com o carbono, Avogadro relacionou o número de moléculas com sua massa em gramas. Utilizando como referência o isótopo 12 do carbono. Pegando-se 1/12 do C12 têm-se então uma unidade de massa atômica e pegando-se 1 mol de unidades de massa atômica têm-se 1 grama, é exatamente o que se refere o figura 9.1, que segue. O mol é uma quantidade de matéria sempre constante em número de entidades, segundo Avogadro (1 mol é equivalente a 6x1023 unidades de massa atômica). 6C 12 1/12 6C 12 Figura 9.1 Esquema da massa atômica. Fonte: Elaborado pelo autor 9.1.1 Exemplo Os elementos apresentam suas massas atômicas, que podem ser consultadas na tabela periódica. Estes dados servem para definir a massa molar de uma espécie atômica ou molecular. Se o caso for para uma espécie atômica, o próprio átomo apresenta a massa da espécie, enquanto que para uma molécula, temos a soma das massas dos átomos que constituem a espécie. Aula 9 - Estequiometria - 1a parte Química IIe-Tec Brasil 200 Massa atômica de um átomo: Fe56, O16. Fe: Isto implica em dizer que a massa de um mol de ferro apresenta um a massa de 56g. Pois, a espécie apresenta apenas um átomo. Fe2O3: Isto implica em dizer que a massa de um mol de trióxido de diferro apresenta um a massa de 160g. Pois, a espécie apresenta dois átomos de ferro, cada um pesando 56g, além de três átomos de oxigênio, cada um pesando 16g. Fazemos a soma: 2 átomos de ferro (56g + 56g ) + 3 átomos de oxigênio (16g + 16g) = 160g. 9.2 Leis Ponderais e Volumétricas • Lavoisier: nada se perde, nada se cria, tudo apenas se transforma. A massa em uma reação é sempre conservada. • Proust: existem proporções constantes entre as massas dos reagentes e dos produtos. • Gay-Lussac: existem relações de múltiplos entre os volumes dos reagentes e dos produtos. 9.3 Hipótese do Avogadro 1 mol = 22,4 L Esta hipótese diz que gases condicionados sob a mesma pressão e temperatura apresentam o mesmo volume e a mesma quantidade de moléculas. Independentemente de sua massa. Desde que seja medido nas CNTP. n = 1 mol T = 0º C = 273 K P = 1atm = 760 mmHg V = 22,4 L Obs.: O número de Avogadro expressa a quantidade aproximada de átomos que constituem exatamente 1 mol de átomos condicionados em 0°C, 1atm e ocupando um volume de 22,4L. Este número equivale a 6,022x1023 entidades. Estas entidades podem ser átomos ou moléculas, podendo ainda ser estendido para qualquer partícula, atômica ou não. O número pode ser arredondado para 6,02x1023 entidades, ou 6,0x1023 entidades = 6 x1023 entidades. CNTP: Condições normais de temperatura e pressão. T = 0°C e p = 1 atm. e-Tec Brasil201Aula 9 - Estequiometria - 1a parte Importante! Lavoisier: nasceu em Paris na França (1743-1794). Autor da Lei da conservação das massas. Considerado o Pai da Química e descobridor do oxigênio. Figura 9.2 Antoine Lavoisier Fonte: http://scienceworld.wolfram.com Joseph Louis Proust: nasceu em Angers na França (1754-1826). Autor da Lei das Proporções constantes. Figura 9.3 Joseph Louis Proust Fonte: http://www.google.com.br Química IIe-Tec Brasil 202 Joseph Louis Gay-Lussac: nasceu em Saint Leonard na França (1778-1850). Realizou o experimento da síntese da água, comprovando a formação de 2mol de H2O a partir de 1mol de O2 e 2mol de H2. Figura 9.4 Joseph Louis Gay-Lussac Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br Amedeo Avogadro: nasceu em Turim na Itália, (1776-1856). Publicou sua Hipótese em 1811, sendo compreendida apenas em 1860. Figura 9.5 Amedeo Avogadro Fonte:http://www.google.com.br e-Tec Brasil203Aula 9 - Estequiometria - 1a parte Resumo Nesta aula você aprendeu a: • Relacionar a massa de um átomo e o grama • Reconhecer, interpretar e aplicar as leis ponderais e volumétricas da matéria, além da Hipótese e o número de Avogadro. Atividades de aprendizagem 1. Qual é a referência de massa atômica? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 2. Quais são as Leis Ponderais e Volumétricas da matéria? ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ 3. O que diz a Hipótese de Avogadro? Qual é o número de Avoga- dro? ________________________________________________________________ 4. Complete a seguinte cruzada, com base na aula de hoje: a) E b) S c) T d) E e) Q f) U g) I h) O i) M j) E k) T l) R m) I n) A Química IIe-Tec Brasil 204 a. Espécies químicas que compõe as fórmulas moleculares são os_____ químicos. b. Dado extraído da tabela periódica e utilizado para definir a massa molar dos compostos químicos. c. Espécies químicas que participam das equações químicas, são formados. d. Compostos químicos que participam das equações químicas, antes da seta, são consumidos. e. As _________ químicas representam o que acontece na natureza. f. A ________ de massa atômica relaciona a massa de um átomo com a unidade grama. g. A unidade de massa atômica tem como referência o ________ 12 do carbono. h. As leis que regem a estequiometria são as Leis ________ e volumétricas da matéria. i. As leis que regem a estequiometria são as Leis Ponderais e ___________ da matéria. j. O fato da proposta de que uma quantidade fixa de átomos de uma substância apresentar o mesmo volume e número de partículas chama- se _______ de Avogadro. k. Nas CNTP, temos 0°C sendo a ______ do sistema. l. 1atm representa a _____________. m. Autor da lei que diz que na natureza nada se perde e nada se cria, tudo apenas se transforma. n. Relacionado ao número 6x1023. e-Tec Brasil205Aula 10 - Estequiometria - 2a parte Nesta aula tomaremos como referência as equações químicas devidamente balanceadas, as Leis Ponderais e Volumétricas da matéria, a Hipótese de Avogadro e seu número, para relacionarmos aos reagentes e produtos das equações químicas. Verificaremos que as quantidades dos compostos químicos estão
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