Resumo da Matéria

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Trabalho de Quimica Geral e Experimental
Felipe Picoli Orsi Leme
Engenharia de Controle e Automação
Votorantim, 30 de Setembro de 2018
Matéria e suas propriedades
O que é matéria:
A definição de matéria é dada por uma frase simples e abrangente: trata-se de tudo aquilo que ocupa lugar (o mesmo que volume) no espaço e apresenta peso (produto da massa pela gravidade). Alguns exemplos de matéria: árvore, bactéria, vírus, ser humano, ar, água, mesa, veículo, etc.
Poderíamos citar milhares de exemplos, já que a matéria é bem abrangente. Mas, será que existe algo que não seja matéria? Com certeza, sim, porém, nesse caso, é denominado de energia, como os seguintes exemplos:
Luz: denominada de energia luminosa;
Pressão: denominada de energia pressórica;
Som: denominado de energia sonora;
Fogo: associação das energias térmica e luminosa;
Eletricidade: denominada de energia elétrica;
Calor: denominado de energia térmica;
Raio-X: uma forma de energia eletromagnética;
A energia pode ser definida como uma força capaz de produzir ação e movimento. Assim, é muito simples diferenciar a matéria de energia, já que uma ocupa espaço e possui massa, e a outra, não.
Uma curiosidade importante sobre a matéria é que ela pode ser denominada de duas formas diferentes: corpo e objeto.
Corpo: trata-se de uma parte da matéria. Exemplos: fio de lã, caco de vidro, vento, tronco de uma árvore;
Objeto: trata-se de uma parte da matéria que apresenta uma utilização específica. Exemplos: camisa, ar comprimido, caneta, cadeira. 
Composição da Matéria:
De uma forma geral, toda matéria é formada por uma unidade estrutural básica, denominada átomo, que apresenta a seguinte composição:
Núcleo: composto por prótons e nêutrons;
Prótons: partículas com carga positiva;
Nêutrons: partículas sem carga;
Níveis de energia: regiões onde estão os subníveis;
Subníveis de energia: regiões onde estão os orbitais;
Orbitais: regiões em que há maior probabilidade de encontrar os elétrons;
Elétrons: partículas com carga negativa.
Quando dois ou mais átomos se combinam, formam as moléculas, as quais podem constituir substâncias químicas, assim como átomos isolados.
Estados físicos da matéria
Os estados físicos mais comuns em que podemos encontrar a matéria são:
Sólido: estado em que as partículas (átomos ou moléculas), que formam a matéria, apresentam o maior nível de organização;
Representação da organização das partículas no estado sólido
Líquido: estado em que as partículas (átomos ou moléculas), que formam a matéria, apresentam um menor nível de organização;
 Representação da organização das partículas no estado líquido
Gasoso: estado em que as partículas (átomos ou moléculas), que formam a matéria, não apresentam organização.
Representação da organização das partículas no estado gasoso
Mudanças de estado fisíco da matéria
Fusão: passagem da fase sólida para a líquida. Exemplo: o gelo derretendo e se transformando em água líquida.
Vaporização: passagem da fase líquida para a gasosa. Exemplo: a água fervendo e se transformando em vapor de água, como a vaporização dos rios, lagos e mares.
Solidificação: passagem da fase líquida para a sólida. Exemplo: água líquida colocada no congelador para formar gelo.
Condensação: passagem da fase gasosa para a líquida. Exemplo: o vapor da água se transformando em gotículas de água quando sua temperatura fica abaixo de 100 ºC.
Sublimação: passagem que se dá de forma direta, da fase sólida para a gasosa ou da fase gasosa para a sólida; como acontece com a naftalina, por exemplo.
Observação: a condensação também pode ser chamada de liquefação.
Classificação da matéria
A matéria pode se agrupar através dos átomos e formar os mais variados produtos que se classificam em: substâncias e misturas.
As substâncias se diferem em dois tipos, de acordo com suas composições:
Substâncias simples: essas apresentam apenas um elemento, ou seja, apenas um tipo de átomo que pode estar agrupado em moléculas ou isolado. Exemplos: Hidrogênio (H2) e Hélio (He). Repare que o nome da substância simples pode ser o mesmo do elemento que a constitui ou pode ser diferente, como é o caso do Gás Ozônio (O3).
Substâncias compostas: também chamadas de compostos, essas substâncias são formadas por mais de um elemento químico. Exemplos: Água (H20), Gás cianídrico (HCN), Gás carbônico (CO2), Amônia (NH3).
Misturas: quando a molécula apresenta mais de uma substância pura é chamada de mistura. A água oxigenada é um exemplo, pois ela contém água (H2O) e peróxido de hidrogênio (H2O2). As misturas podem se classificar em Misturas homogêneas ou heterogêneas.
Fase é quando observamos uma determinada mistura a olho nu e vemos apenas um aspecto uniforme de cada fração.
Se, por exemplo, forem colocados em um recipiente areia, água e óleo, veremos que a mistura possui três fases.
Misturas homogêneas: essas misturas apresentam uma única fase. Quando misturamos água e álcool, nem com o auxílio de um microscópico poderíamos ver a separação dos dois líquidos, dizemos então que a mistura possui uma só fase, ou seja, é uma mistura homogênea.
Misturas heterogêneas: são misturas que apresentam mais de uma fase, temos o exemplo da água e do óleo quando se misturam. Seria fácil perceber nesse caso, o aspecto visual heterogêneo - a água se separa completamente do óleo - sendo assim, a mistura se torna heterogênea porque vemos nela duas fases.
Vejamos os exemplos:
O leite é uma mistura homogênea quando observamos a olho nu, mas com o auxílio de um microscópico é possível perceber gotículas de gordura em suspensão, e quando aquecemos o leite elas se unem formando a nata.
 A fumaça que polui o meio ambiente, quando observada ao microscópico mostra minúsculas partículas de carvão suspensas.
 O granito é formado por quartzo, feldspato e mica, possui três fases, é, portanto, uma mistura heterogênea.
Substâncias Puras
Substância pura é toda substância formada por apenas um tipo de molécula, de composição química invariável e homogênea, e que tenha propriedades físicas e químicas constantes. A substância pura pode existir em mais de uma fase, porém, nesses casos, a composição das fases será a mesma.
Em suma, substância pura é todo material com as seguintes características:
Unidades estruturais (moléculas, conjuntos iônicos) quimicamente iguais entre si.
Composição fixa, do que decorrem propriedades fixas, como densidade, ponto de fusão e de ebulição, etc.
A temperatura se mantém inalterada desde o início até o fim de todas as suas mudanças de estado físico (fusão, ebulição, solidificação, etc.).
O gráfico de aquecimento da água pura está representado abaixo:
No gráfico observa-se que o gelo, ao derreter, muda de estado físico(fusão) e esse processo acontece na temperatura constante de 0 ºC. Depois, ao atingir a temperatura de 100 ºC, a água líquida começa a passar para o estado vapor (ebulição) e esse processo também ocorre sem mudança de temperatura.
As substâncias puras podem ser divididas em simples e compostas.
Substância pura simples
É formada por apenas um tipo de elemento.
Exemplos:
H2 (gás hidrogênio)
N2 (gás nitrogênio)
O2 (gás oxigênio)
Substância pura composta
Pode ser formada por mais de um tipo de elemento.
Exemplos:
CO2 (dióxido de carbono)
NaCl (cloreto de sódio)
H2O (água)
Misturas
É importante tomar cuidado com situações onde lidamos com uma mistura que se comporta visualmente como substância simples. O sangue por exemplo, pode parecer uma substância simples, mas é uma mistura de diversos componentes (água, hemácias, plasma, etc). A água do mar é uma mistura de água com sais dissolvidos. Outros exemplos são o leite, a maionese, a madeira, entre outros.
O ar que respiramos também é um exemplo de mistura que aparentemente parece substância pura e é composto por: gás nitrogênio (N2) = 78%, gás oxigênio (O2) = 21%, gás argônio (Ar)= 1% e gás carbônico (CO2) = 0,03%. O resto da composição são impurezas e partículas sólidas dissipadas.
as misturas são sistemas formados por duas ou mais substâncias compostas ou simples que sejam diferentes. Dessa forma, apresentam as propriedades físicas não definidas e variáveis. Essas propriedades dependem da quantidade de cada substância na mistura e da natureza delas.
Por exemplo, o álcool etílico comum que usamos para limpeza e desinfecção não é uma substância pura, pois ele não é constituído somente por moléculas de etanol (H3C-CH2-OH). Conforme o próprio rótulo no frasco desse produto indica, ele é uma mistura de etanol e água (H2O). Por exemplo, se você ver no rótulo que o álcool possui uma concentração de 96ºGL (graus Gay-Lussac), isso significa que, em 100 partes dessa mistura, há 96 partes de etanol e 4 partes de água, ou seja, um frasco de 100 mL de álcool hidratado possui 96 mL de etanol e 4 mL de água.
As misturas podem ser classificadas em homogêneas e heterogêneas. No caso do álcool hidratado, temos uma mistura homogênea. Mas o que é uma mistura homogênea? É uma mistura em que não conseguimos ver a separação dos seus componentes. Toda a sua extensão é unifome e apresenta uma única fase.
Essas misturas homogêneas são também chamadas de soluções, possuindo as partículas dispersas com o diâmetro menor que 1 nm, ou seja, nem mesmo com um ultramicroscópio é possível ver mais de uma fase nesses materiais. Além disso, os seus componentes não podem ser separados por métodos físicos, como por centrífugas ou por filtração.
O sangue é uma mistura. A olho nu, parece que ele é uma mistura homogênea, mas não é, pois, no microscópico, vemos seus componentes. Além disso, ao colocá-lo em uma centrífuga, esses constituintes são separados.
Sangue centrifugado e sua imagem no microscópio
As misturas homogêneas ou soluções podem apresentar-se nos três estados físicos. O álcool hidratado mencionado é um exemplo de mistura líquida. O ar é uma mistura gasosa composta de vários gases, sendo que os principais são o nitrogênio (N2) e o oxigênio (O2). As ligas metálicas são misturas sólidas, como o aço que é composto por aproximadamente 98,5% de Fe (ferro), 0,5 a 1,7% de C (carbono) e traços de Si (silício), S (enxofre) e P (fósforo).
As misturas heterogêneas, por outro lado, são aquelas que possuem mais de uma fase, como a mistura de água e óleo, água e areia, granito (mistura de quartzo, mica e feldspato) e assim por diante.
Conforme mencionado, as propriedades físicas das misturas não são constantes nem determinadas. Porém, existem certas misturas que são excessões, as misturas azeotrópicas e eutéticas. As misturas azeotrópicas possuem ponto de ebulição ou de condensação constante, comportando-se, nesse ponto, como uma substância pura. O álcool a 96% mencionado é uma mistura azeotrópica porque possui ponto de ebulição constante em 78,2°C.
Agoras, as misturas eutéticas são aquelas que se comportam como se fossem uma substância pura somente durante o ponto de solidificação ou fusão. Um exemplo é a liga metálica feita de 40% de cádmio e 60% de bismuto, que possui ponto de fusão constante igual a 140°C.
Separação de misturas
Mas a grande maioria das misturas muda de estado físico não em uma temperatura fixa, mas em faixas de temperaturas não específicas.
Na química, a separação de misturas é muito importante, pois para obtermos resultados mais corretos em pesquisas e experiências, é necessário que as substâncias químicas utilizadas sejam as mais puras possível. Para isso, utiliza-se vários métodos de separação, que vão desde a "catação" até complicada "destilação fracionada".
Em alguns lugares do planeta, a falta de água é tamanha, que é preciso pegar água do mar para utilizar domesticamente. Para isso, as usinas dessalinizadoras utilizam a osmose e membranas semi-permeáveis para purificar a água.
Destilação da cachaça
Separação de frutas podres das boas em cooperativas (catação)
Exame de Sangue
Separa-se o sangue puro do plasma (líquido que compõe parte do sangue, que ajuda no carregamento de substâncias pelo organismo), através de um processo de sedimentação "acelerada" (o sangue é posto em uma centrífuga, para que a parte pesada do composto se deposite no fundo do recipiente).
Entre várias outras aplicações.
Para facilitar o processo de separação de uma mistura, deve-se observar primeiro a própria mistura. Ela pode ser de dois tipos: homogênea e heterogênea. Homogênea significa que as misturas tem um aspecto comum, dando a impressão de que não é uma mistura. Heterogênea é o contrário: nota-se claramente que se trata de duas (ou mais) substâncias, exemplo: água misturada com areia.
Nas misturas homogêneas, deve-se aplicar primeiro métodos que envolvam fenômenos físicos (evaporação, solidificação, etc). Nas misturas heterogêneas, deve-se separar as "fases" (os diferentes aspectos da mistura) utilizando métodos mecânicos (catação, levigação, etc), e depois, os mesmos métodos utilizados em substâncias homogêneas (pois cada fase poderá ter mais de uma substância, passando a ser então, uma substância homogênea).
Abaixo está a lista de métodos utilizados para separação de misturas:
Sedimentação
Decantação
Filtração
Dissolução Fracionada
Fusão Fracionada
Liquefação Fracionada
Catação
Levigação
Ventilação
Peneiração 
Tamisação
Magnetismo
Destilação Simples
Destilação Fracionada
Classificações da Matéria
A matéria apresenta várias propriedades que são classificadas em gerais, funcionais e específicas.
Propriedades Gerais da Matéria
São comuns a toda e qualquer espécie de matéria, independentemente da substância de que ela é feita. As principais são: massa, extensão, impenetrabilidade, divisibilidade, compressibilidade e elasticidade.
 Massa, é uma propriedade dos corpos relacionada à quantidade de matéria que o corpo possui. Ela é uma grandeza que pode ser medida. A medida padrão utilizada para medir a massa é o quilograma (kg), segundo o sistema internacional de Unidades (SI). O grama (g) é uma unidade de massa derivada do quilograma, e é empregado na medida de pequenas quantidades de massa.
O volume é uma grandeza que indica o espaço ocupado por uma determinada quantidade de matéria. No sistema internacional (SI), a unidade que mede o volume é o metro cúbico (m3). Também é comum a utilização do litro ou do mililitro (mL) na medida de volume. O leite, o refrigerante e muitos outros líquidos podem ser medidos usando-se o litro como unidade de medida.
Inércia, é a propriedade que a matéria tem em permanecer na situação em que se encontra, seja em movimento, seja em repouso. Quanto maior for a massa de um corpo, mais difícil alterar seu movimento, e maior a inércia. A massa mede a inércia de um corpo.
Impenetrabilidade, é a propriedade onde dois corpos não podem ocupar, simultaneamente o mesmo lugar no espaço.
Compressibilidade, é a propriedade da matéria que consiste em ter volume reduzido quando submetida a determinada pressão.
Elasticidade, é a propriedade que a matéria tem de retornar seu volume inicial - após cessada a força que causa a compressão.
Divisibilidade, é a propriedade que a matéria tem se reduzir-se em partículas extremamente pequenas.
Indestrutibilidade, é a propriedade que diz que a matéria não pode ser criada nem destruída, apenas transformada.
Propriedades Específicas da Matéria
Existem propriedades que são características de algumas matérias. Por exemplo, o ouro apresenta propriedades que o ferro não possui.
Ele e o ferro apresentam propriedades que a água não tem. Já a água apresenta propriedades não encontradas no oxigênio, e assim por diante. Isso ocorre porque as substâncias ouro, ferro, água, oxigênio etc. são diferentes entre si.
As propriedades específicas nos permite distinguir uma substância de outra. Dentre as propriedades específicas, podemos citar:
Propriedades físicas: ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade.
Propriedades organolépticas: São as propriedades percebidas pelos sentidos. São elas: odor, sabor,cor, brilho, etc.
Propriedades químicas: reações químicas.
Cor
Dureza, é definida pela resistência que a superfície oferece quando riscada por outro material. A substância mais dura que se conhece é o diamante, usado para cortar e riscar materiais como o vidro.
Brilho, é a propriedade que faz com que os corpos reflitam a luz de modo diferente.   
Maleabilidade, é a propriedade que permite à matéria ser moldada. Existem materiais maleáveis e não-maleáveis.
Ductilidade, é a propriedade que permite transformar materiais em fios. Um exemplo é o cobre, usado em forma de fios em instalações elétricas e o ferro na fabricação de arames.
Magnetismo, Algumas substâncias têm a propriedade de serem atraídas por ímãs, são as substâncias magnéticas.
Densidade, é também chamada de massa específica de uma substância, é a razão (d) entre a massa dessa substância e o volume por ela ocupado.
Em equação:    
A unidade da densidade é composta por uma unidade de massa dividida por uma unidade de volume. Assim, podemos expressá-la, por exemplo, em g/cm3, g/L, kg/L etc.
Modelos Atômicos
Os modelos atômicos são os aspectos estruturais dos átomos que foram apresentados por cientistas na tentativa de compreender melhor o átomo e a sua composição.
Em 1808, o cientista inglês John Dalton propôs uma explicação para a propriedade da matéria. Trata-se da primeira teoria atômica que dá as bases para o modelo atômico conhecido atualmente.
A constituição da matéria é motivo de estudos desde a antiguidade. Os pensadores Leucipo (500 a.C.) e Demócrito (460 a.C.) formularam a ideia de haver um limite para a pequenez das partículas.
Eles afirmavam que elas se tornariam tão pequenas que não poderiam ser divididas. Chamou-se a essa partícula última de átomo. A palavra é derivada dos radicais gregos que, juntos, significam o que não se pode dividir.
O Modelo Atômico de Dalton
Modelo atômico de Dalton
O Modelo Atômico de Dalton, conhecido como o modelo bola de bilhar, possui os seguintes princípios:
Todas as substâncias são formadas de pequenas partículas chamadas átomos;
Os átomos de diferentes elementos têm diferentes propriedades, mas todos os átomos do mesmo elemento são exatamente iguais;
Os átomos não se alteram quando formam componentes químicos;
Os átomos são permanentes e indivisíveis, não podendo ser criados nem destruídos;
As reações químicas correspondem a uma reorganização de átomos.
Modelo Atômico de Thomson
Modelo Atômico de Thomson
O Modelo Atômico de Thomson foi o primeiro a realizar a divisibilidade do átomo. Ao pesquisar sobre raios catódicos, o físico inglês propôs esse modelo que ficou conhecido como o modelo pudim de ameixa.
Ele demonstrou que esses raios podiam ser interpretados como sendo um feixe de partículas carregadas de energia elétrica negativa.
Em 1887, Thomson sugeriu que os elétrons eram um constituinte universal da matéria. Ele apresentou as primeiras ideias relativas à estrutura interna dos átomos.
Thomson indicava que os átomos deviam ser constituídos de cargas elétricas positivas e negativas distribuídas uniformemente.
Ele descobriu essa mínima partícula e assim estabeleceu a teoria da natureza elétrica da matéria. Concluiu que os elétrons eram constituintes de todos os tipos de matéria, pois observou que a relação carga/massa do elétron era a mesma para qualquer gás empregado em suas experiências.
Em 1897, Thomson tornou-se reconhecido como o “pai do elétron”.
Modelo Atômico de Rutherford
Modelo atômico de Rutherford
Em 1911, o físico neozelandês Rutherford colocou uma folha de ouro bastante fina dentro de uma câmara metálica. Seu objetivo era analisar a trajetória de partículas alfa a partir do obstáculo criado pela folha de ouro.
Nesse ensaio de Rutherford, observou que algumas partículas ficavam totalmente bloqueadas. Outras partículas não eram afetadas, mas a maioria ultrapassava a folha sofrendo desvios. Segundo ele, esse comportamento podia ser explicados graças às forças de repulsão elétrica entre essas partículas.
Pelas observações, afirmou que o átomo era nucleado e sua parte positiva se concentrava num volume extremamente pequeno, que seria o próprio núcleo.
O Modelo Atômico de Rutherford, conhecido como modelo planetário, corresponde a um sistema planetário em miniatura, no qual os elétrons se movem em órbitas circulares, ao redor do núcleo.
Modelo de Rutherford – Bohr
Modelo Atômico de Rutherford-Bohr
O modelo apresentado por Rutherford foi aperfeiçoado por Bohr. Por esse motivo, o aspecto da estrutura atômica de Bohr também é chamada de Modelo Atômico de Bohr ou Modelo Atômico de Rutherford-Bohr.
A teoria do físico dinamarquês Niels Bohr estabeleceu as seguintes concepções atômicas:
Os elétrons que giram ao redor do núcleo não giram ao acaso, mas descrevem órbitas determinadas.
O átomo é incrivelmente pequeno, mesmo assim a maior parte do átomo é espaço vazio. O diâmetro do núcleo atômico é cerca de cem mil vezes menor que o átomo todo. Os elétrons giram tão depressa que parecem tomar todo o espaço.
Quando a eletricidade passa através do átomo, o elétron pula para a órbita maior e seguinte, voltando depois à sua órbita usual.
Quando os elétrons saltam de uma órbita para a outra resulta luz. Bohr conseguiu prever os comprimentos de onda a partir da constituição do átomo e do salto dos elétrons de uma órbita para a outra.
Referências Bibliográficas
https://www.todamateria.com.br/modelos-atomicos/
https://www.todamateria.com.br/separacao-de-misturas/
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-materia.htm#
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-e-uma-mistura.htm
https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Oitava_quimica/materia3.php