APOSTILA 1

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DISCIPLINA: Cálculos Básicos em Química 
Módulo: Natureza e Propriedades da Matéria 
 
 
 
 
 
 
Nome do Professor: Adriano Henrique Braga 
Nome da Disciplina: Cálculos Básicos em Química – Faculdade 
Campos Elíseos (FCE) – São Paulo – 2018. 
Guia de Estudos – Módulo 01 
Faculdade Campos Elíseos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. A QUÍMICA COMO CIÊNCIA 
 
2. MATÉRIA E ENERGIA 
 
3. O SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES 
 
4. AS PROPRIEDADES FÍSICAS DAS SUBSTÂNCIAS 
 
5. AS PROPRIEDADES QUÍMICAS DAS SUBSTÂNCIAS 
 
6. ANEXO 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MÓDULO 01- Natureza e Propriedades da Matéria 
 
Conversa Inicial 
 
 
 
Bem-vindo ao primeiro módulo da disciplina Cálculos Básicos em Química. Nosso tema 
aqui serão as primeiras definições do trata a ciência Química, o que é matéria, energia e 
do que constitui esta matéria. Iniciaremos nossas reflexões a partir daí, apresentando as 
ferramentas mais básicas para o entendimento de qualquer conteúdo em Química e, 
portanto, proporcionando a assimilação de novos objetos ao seu campo de estudo. 
Primeiramente, então, trataremos do campo de estudo da Química, as definições básicas 
da matéria e suas transformações. Na sequência, procuraremos demonstrar como algumas 
ferramentas importantes da Matemática e da Física nos auxiliam na compreensão de 
fenômenos. 
 
Desejamos a todos, ótimos estudos e sucesso! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. A Química como ciência 
 
 
 A Química é a ciência da matéria que nos cerca e das transformações que ela sofre. 
Assim, seu objeto de estudo é a própria natureza, o universo, e por consequência, nós 
mesmos. É uma Ciência em constante desenvolvimento e renovação com os avanços 
tecnológicos. Mas mais que isso, é uma ciência que ao longo dos séculos explicou as 
transformações que nossos antepassados observavam sem se dar conta que estavam 
presenciando um fenômeno químico. Nenhum avanço da sociedade se dá sem a presença 
desta Ciência. 
 A química funciona em três níveis. O primeiro é o mais intuitivo, que pode ser 
observado, o da matéria e suas transformações. O nível macroscópico, das modificações 
como um combustível queimando, como o cozimento de um alimento, como o próprio 
envelhecimento. O outro nível é o que não podemos visualizar nem perceber as 
transformações ocorrendo, o nível microscópico. Este nível é mais profundo, no qual a 
química interpreta as observações destes fenômenos em termos do rearranjo de átomos. 
O terceiro nível da química é o nível simbólico, que é a descrição dos fenômenos químicos 
por símbolos químicos e equações matemáticas. 
 Neste ponto, noções de escala são extremamente importantes. A menor parte 
constituinte da matéria, o átomo, é extremamente pequeno, cerca de 150 trilhonésimos de 
metro. Nesta escala tão pequena e inimaginável, os fenômenos que ocorrem são bastante 
diferentes da nossa escala observável, mas estes mesmos podem explicar o que 
observamos. 
 A química, como ciência, se organizou ao longo dos anos em diversas áreas, como 
as citadas abaixo: 
• Química orgânica: o estudo dos compostos de carbono. 
• Química inorgânica: o estudo dos demais elementos e seus compostos. 
• Físico-química: o estudo dos princípios da química. 
 
• Química analítica: o estudo de técnicas de identificação de substâncias e 
medidas de suas quantidades. 
• Bioquímica: o estudo dos compostos químicos, reações e outros processos em 
sistemas vivos. 
 Este curso vai abordar os fundamentos das grandes áreas da química como um todo. 
Os conhecimentos aqui apresentados serão aplicados ao longo de outras disciplinas, sendo, 
portanto, de fundamental importância no entendimento da Química. 
 
2. MATÉRIA E ENERGIA 
 
 “O universo é composto de matéria e energia radiante”. Assim inicia Linus Pauling, ganhador 
do prêmio Nobel em Química em 1954 e do prêmio Nobel da Paz em 1962, em seu famoso livro 
“Química Geral”. Estes dois conceitos, embora muito presentes em nosso cotidiano, são difíceis de 
serem definidos. No entanto, eles representam a síntese do estudo da química, e merecem um 
cuidado especial. 
 Matéria provem do latim materia, que significa madeira ou outro material. Ela pode 
ser definida como um tipo de massa-energia que move com velocidade menor do que a 
velocidade da luz (que é de 299 792 458 metros/segundo na ausência no vácuo). É 
qualquer coisa que tenha massa e ocupe espaço e qualquer porção de matéria na Terra é 
atraída para o centro da Terra pela força da gravidade; esta atração provém da massa da 
porção de matéria. 
 Por muito tempo a matéria foi definida como aquilo que possui somente, e energia o 
que não possui massa. Entretanto, no início do século XX, Albert Einstein provou que 
energia também possui massa, e como tal, também pode ser atraída pelo campo 
gravitacional. Isto ficou conhecido como a famosa Equação de Einstein, que é parte 
essencial da teoria da relatividade: 
𝐸𝐸 = 𝑚𝑚𝑐𝑐2 (1) 
Nesta equação E é a quantidade de energia, expressa em Joules (J), m é a massa, 
 
expressa em quilogramas (kg) e c a velocidade da luz no espaço vazio, expressa em metros 
por segundo (m s-1). A conversão de massa em energia, e de energia em massa, é dada 
pela equação de Einstein. Os cientistas trabalhavam no início do século com a lei da 
conservação de massa e de energia, de forma que a matéria não podia ser criada nem 
destruída, somente transformada. Atualmente, as duas leis de conservação foram 
unificadas na lei de conservação de massa, na qual a massa a ser conversada inclui ambas 
a massa de matéria e a massa de energia radiante no sistema. 
 
 2.1 Matéria, substância e mistura 
 
Os vários tipos de matéria são chamados de substâncias. Uma substância é uma 
forma simples e pura de matéria. Sendo assim, o ar mesmo sendo matéria, não pode ser 
considerado uma substância, já que é composto de uma mistura de gases e, portanto, não 
é uma forma simples de matéria. 
As substâncias e matéria existem em diferentes formas, chamados estados da 
matéria. Eles são definidos quanto ao nível de agregação dos átomos que os constituem. 
Um sólido é uma forma rígida de matéria; os átomos de um sólido estão compactados de 
forma a ficar muito próximos entre si. Um líquido é uma forma fluida de matéria, que tem 
superfície definida e que toma a forma do recipiente que o contém; os átomos e moléculas 
de um sólido tem empacotamento semelhante ao do sólido, no entanto, têm energia o 
suficiente para mover-se. Já um gás é uma forma fluida de matéria que ocupa todo o 
recipiente que o contém; as moléculas e átomos de gases são quase totalmente livres umas 
das outras, podendo mover-se aleatoriamente e em velocidades próximas às do som. 
Uma substância é normalmente definida por químicos como uma espécie 
homogênea de matéria com composição química definida. Por essa definição, sal de 
cozinha puro, açúcar puro, ferro puro, cobre puro, enxofre puro água pura são substâncias. 
Já açúcar dissolvido em água (uma solução), não constitui uma substância. Ouro de joias 
também não deve ser considerado uma substância, já que na verdade é uma liga de ouro 
com outros metais e normalmente consiste de uma solução sólida, cristalina, de ouro e 
cobre. A maioria das ligas são na verdade misturas ou soluções cristalinas. 
 Uma espécie de granito é constituída de grãos de três diferentes minérios, quartzo, 
 
feldspato e mica; assim, obviamente não é uma substância, e sim, se trata de uma mistura. 
Uma emulsão de óleo em água (dispersão de gotas de óleo na água) também é uma mistura.A heterogeneidade do granito salta aos olhos, suas partes não são de mesma composição 
em todas as direções. 
 Uma solução é sempre homogênea, embora não seja uma substância devido a 
composição variável. Uma solução de líquidos, por exemplo água e álcool, e gases, como 
o ar, que é oxigênio e nitrogênio, pode ser também chamada mistura. 
 Um material cristalino homogêneo não é necessariamente uma substância. Assim, 
cristais naturais de enxofre tem coloração amarelo escuro ou castanho, em vez de amarelo 
claro. Os cristais escuros contem alguma quantidade de selênio, distribuído aleatoriamente, 
mas no lugar exato de átomos de enxofre. Estes cristais são uma solução cristalina, ou 
solução sólida. 
 
 2.2 Energia 
 
Já a energia radiante é toda forma de massa-energia que se move com a velocidade 
da luz. A energia é então uma medida da capacidade de realizar trabalho. Quanto maior for 
a energia de um objeto, maior será sua capacidade de realizar trabalho (levantar peso, fazer 
a corrente elétrica fluir em um circuito, etc). 
 Existem três contribuições para energia: a energia cinética, energia potencial e 
energia eletromagnética. A energia cinética, Ec, é a energia dada a um corpo por seu 
movimento. Um corpo de massa m movimentando-se a uma velocidade v possui energia 
cinética de acordo com a seguinte equação: 
𝐸𝐸𝑐𝑐 = 12𝑚𝑚𝑣𝑣2 (2) 
 
 
 
 
 
 
EXEMPLO 1: Qual a energia necessária para acelerar uma pessoa em uma bicicleta cuja 
massa total é 75 kg, até 8,9 m s-1, partindo do repouso e desconsiderando o atrito? 
Solução: Para calcular a energia, substituímos as equações na Eq. 2: 
𝐸𝐸𝑐𝑐 = 12𝑚𝑚𝑣𝑣2, 𝐸𝐸𝑐𝑐 = 12 (75 𝑘𝑘𝑘𝑘) × (8,9 𝑚𝑚 𝑠𝑠−1)2 
 𝐸𝐸𝑐𝑐 = 3,0 × 103𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑚𝑚2 𝑠𝑠−1 = 3,0 𝑘𝑘𝑘𝑘 
 
 
 
 A energia potencial, Ep, de um objeto é sua energia em função de sua posição em um 
campo de força. Não existe uma equação geral para Ep, pois ela depende da natureza das forças 
atuando sobre o corpo. Dois casos importantes em química são a energia potencial gravitacional, 
para uma partícula em um campo gravitacional, e energia potencial de Coulomb, para uma partícula 
carregada em um campo eletromagnético. 
 Um corpo com massa m que está a uma altura h da superfície da Terra tem Ep 
𝐸𝐸𝑝𝑝 = 𝑚𝑚 𝑘𝑘 ℎ (3) 
onde g é a aceleração de queda livre, ou aceleração da gravidade. O valor padrão de g da Terra é 
9,81 m s-2. Assim, quanto maior a altura de um objeto em relação a superfície da Terra, maior será 
sua energia potencial gravitacional. 
 A energia devida à atração e repulsão de cargas elétricas é muito importante na química. A 
energia potencial de Coulomb de uma partícula de carga q1 colocada a uma distancia r de outra 
partícula de carga q2 é proporcional às duas cargas e ao inverso da distancia entre elas: 
𝐸𝐸𝑝𝑝 = 𝑞𝑞1𝑞𝑞24𝜋𝜋𝜀𝜀0𝑟𝑟2 (4) 
onde ε0 é a permissividade no vácuo, e seu valor é 8,854x10-12 J-1 C2 m. A energia é dada 
em Joules quando as cargas são dadas em Coulomb (C), a unidade de carga e sua 
separação em metros (m). 
 O que se chama de energia eletromagnética é a energia transportada pelas ondas 
de raio, luz visível, raios X. Um campo eletromagnético tem dois componentes, o campo 
elétrico e o campo magnético, oscilando no tempo. 
 A energia total de um sistema é a soma de suas energias potencial e cinética: 
𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑟𝑟𝑘𝑘𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝑡𝑡 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑟𝑟𝑘𝑘𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑐𝑐𝐸𝐸𝐸𝐸é𝑡𝑡𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸 + 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑟𝑟𝑘𝑘𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑡𝑡𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝐸𝐸𝑡𝑡,𝐸𝐸 = 𝐸𝐸𝑐𝑐 + 𝐸𝐸𝑝𝑝 
 
 3. O Sistema Internacional de Unidades (SI) 
 
 O sistema métrico de unidades de comprimento, massa, força, e outras quantidades 
físicas foi desenvolvido na Revolução Francesa, e adotado pela comunidade científica 
devido a sua conveniência e simplicidade. No entanto, comumente em países como 
Estados Unidos, Canadá e alguns países africanos, outros sistemas são utilizados. 
 A unidade de massa no SI é o quilograma (kg), é definido como a massa de um 
objeto padrão feita de liga irídio-platina e mantida em Paris. Uma libra (lb) é igual a 
aproximadamente 453,59 g, e então 1 kg é igual a 2,205 lb. 1 miligrama (1 mg) é um 
milionésimo da unidade de massa (1 kg). 
 A unidade no SI de comprimento é o metro (m), que é igual a aproximadamente 
39,37 polegadas (in), sendo que 1 polegada é igual a 2,54 cm. O metro foi definido como a 
distância entre duas linhas gravadas na barra de platina-irídio mantida em Paris. No 
entanto, esta definição foi refinada em 1960, e hoje 1 metro é igual a 1.650.764,73 
comprimentos de onda da linha espectral laranja-vermelho do criptônio 86. 
 A unidade de tempo no SI é o segundo (s). Ele é definido como o intervalo ocupado 
por 9.192.631.770 ciclos da linha de microondas do césio 133, com comprimento de onda 
de aproximadamente 3,26 cm. 
 A unidade no SI de volume é o metro cúbico (m3). Em química, no entanto, a unidade 
Litro (l) é a mais utilizada, 1 litro é 1x10-3 m3. 1 mililitro (1x10-3 l) é igual ao centímetro cúbico: 
1 ml = 1 cm3. 
 A unidade no SI de Força é o Newton (N), que é definido como a força necessária 
para acelerar uma massa de 1 kg a 1 m s-2. A unidade de energia no SI, como já 
mencionado, é o Joule (J), que é definido como o trabalho realizado por 1 newton na 
distância de 1 metro: 1 J = 1 N m. 
 Em química a caloria é extensivamente utilizada como unidade de energia. A caloria 
termoquímica é definida como 4,184 J, e é a quantidade de calor necessária para elevar a 
temperatura de 1 g de água por 1 °C. Assim sendo, 1 cal = 4,184 J e 1 kcal = 4,184 kJ. 
 
 O Anexo 1 reúne diversas unidades do SI utilizadas em química. 
 
 
 
4. AS PROPRIEDADES FÍSICAS DAS SUBSTÂNCIAS 
 
 Propriedades das substâncias são suas qualidades características. Tomemos como 
exemplo o sal de cozinha, cloreto de sódio, como uma substância pura. Apesar das 
diferenças óbvias entre uma porção e outra do sal de cozinha, todas as amostras tem as 
mesmas propriedades fundamentais. Em cada caso os cristais, pequenos ou grandes, são 
ligados por faces quadradas ou retangulares, de diferentes tamanhos, mas com faces 
sempre em ângulos retos com a face adjacente. Diferentes propriedades em diferentes 
direções, como formação de faces, cantos e vértices, são características de cristais. 
Diferentes amostras de sal possuem o mesmo sabor. Suas solubilidades são as mesmas: 
em temperatura ambiente (aproximadamente 18°C), 35,36 g de sal podem ser dissolvidas 
em 100 g de água. A densidade do sal é a mesma, 2,163 g cm-3. 
 Propriedades como essas, que não são afetadas pela quantidade da amostra no seu 
estado ou subdivisão, são chamadas propriedades intrínsecas das substâncias, ou 
propriedades intensivas, representadas por amostras. Uma propriedade extensiva da 
matéria depende de sua massa, por exemplo, o volume ocupado por algum líquido: 2 kg de 
água ocupam o dobro de volume que 1 kg de água. 
 Algumas propriedades intensivas são uma relação de propriedades extensivas, 
como a densidade. A densidade, d, de uma amostra é sua massa (m) dividida pelo seu 
volume (V): 
𝑑𝑑𝐸𝐸𝐸𝐸𝑠𝑠𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸𝑑𝑑𝐸𝐸 = 𝑚𝑚𝐸𝐸𝑠𝑠𝑠𝑠𝐸𝐸
𝑣𝑣𝑡𝑡𝑡𝑡𝑣𝑣𝑚𝑚𝐸𝐸
 ou 𝑑𝑑 = 𝑚𝑚
𝑉𝑉
 (4) 
 A densidade é uma propriedade intensiva, já que quando a massa de uma determinada 
substância dobra, seu volume também dobra. 
 
 Diferentes substâncias são distinguidas entre si por meio de suas propriedades intensivas, 
como a densidade, cor, ponto de fusão e ebulição, etc. 
 Se dois objetos são colocados em contato um com o outro, energia térmica pode fluir 
do mais quente para o mais frio. A Temperatura é a propriedade que determina a direção 
na qual a energiatérmica flui. Temperaturas são medidas ordinariamente por termômetros. 
A escala de temperatura usada pelos cientistas é a escala Celsius, ou centígrada. Nessa 
escala a temperatura da água congelada saturada com ar é 0°C e a temperatura da água 
em ebulição é 100°C a 1 atm de pressão. 
 Na escala Fahrenheit, usada em países de língua inglesa, o ponto de fusão da água 
é 32°F e o de ebulição é de 212°F. Nesta escala a diferença entre os pontos de fusão e 
ebulição da água é de 180°, em vez de 100° como na escala Celsius. 
 A escala Kelvin surgiu a partir da descoberta de que uma amostra de gás diminui 
seu volume de maneira regular, e de que se o volume continuasse diminuindo da mesma 
forma, ele se tornaria zero a -273°C. Assim, esta temperatura foi definida como a 
temperatura mínima, o zero absoluto. Com essas descobertas, o físico britânico Lord Kelvin 
estabeleceu a escala de temperatura Kelvin, que é uma escala que permite que as leis da 
termodinâmica sejam expressas em uma forma mais simples. Na escala Kelvin, o ponto de 
fusão da água é 273,15 K e o ponto de ebulição é 373,15 K. A escala adotada no SI é a 
Kelvin. 
 
4. AS PROPRIEDADES QUÍMICAS DAS SUBSTÂNCIAS 
 
 As propriedades químicas de uma substância são aquelas que relacionadas a 
participação em reações químicas. Reações químicas são processos nos quais uma 
substância é convertida em outra. A maioria das substâncias tem a habilidade de participar 
em diversas reações químicas. O estudo destas reações constitui uma grande parte da 
química. 
 
 Assim, cloreto de sódio, o sal de cozinha, tem a propriedade de ser convertido em 
um metal leve (sódio) e um gás amarelado (cloro) quando decomposto por eletrólise. 
Quando dissolvido em água, é capaz de produzir um precipitado branco quando nitrato de 
prata é adicionado. O ferro tem a capacidade de em contato direto com ar formar ferrugem 
(óxido de ferro); já uma liga de ferro, níquel e cromo (aço inoxidável) é resistente a esse 
processo. 
 As propriedades de sabor e odor estão fortemente correlacionadas com a natureza 
química das substâncias, e devem ser consideradas como propriedades químicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. ANEXO 1 
 
 Unidades de medida 
 
 
Unidades básicas do SI 
Quantidade Física Nome da unidade Símbolo da unidade 
comprimento metro m 
massa quilograma kg 
tempo segundo s 
corrente elétrica ampere A 
temperatura termodinâmica Kelvin K 
intensidade luminosa candela cd 
 
Frações e Múltiplos 
Fração Prefixo Símbolo Múltiplo Prefixo Símbolo 
10-1 deci d 10 deca da 
10-2 centi c 102 hecto h 
10-3 mili m 103 quilo k 
10-6 micro µ 106 mega M 
10-9 nano n 109 giga G 
10-12 pico p 1012 tera T 
10-15 fento f 
10-18 ato a 
 
 
 
 
Unidades derivadas do SI 
Quantidade física Nome da unidade Símbolo da unidade Definição da unidade 
energia joule J kg m2 s-2 = N m 
força newton N kg m s-2 = J m-1 
potência watt W kg m2 s-3 = J s-1 
carga elétrica coulomb C A s-1 
diferença de 
potencial elétrica 
volt V kg m2 s-3 A-1 = V A-1 
resistência 
elétrica 
ohm Ω kg m2 s-3 A-2 = V A-1 
frequência hertz Hz ciclo por segundo 
temperatura grau Celsius °C T (°C) = T (K) -273,15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
 Neste módulo buscamos apresentar alguns conceitos relevantes em Química, como 
suas grandes áreas, e seu objeto de estudo, que é a matéria e suas transformações. 
Também procuramos dar algumas definições, como a de matéria, e como podemos 
subdividi-la e classificá-la. Apresentamos a definição de energia e podemos ver que energia 
pode ser convertida em matéria, e vice-versa, o que foi evidenciado por Albert Einstein no 
início do século XX. 
 A química como ciência se utiliza de uma linguagem simbólica, para representação 
de seus princípios e fundamentos. As quantidades são expressas em unidades de medidas 
e estas unidades são padronizadas por um acordo internacional, o Sistema Internacional 
de Unidades (SI). Colocamos as principais unidades do SI de algumas propriedades 
importantes em química. 
 A seguir, definimos o que é propriedade física da matéria, e exemplificamos algumas 
que serão importantes ao longo de todo o curso, como temperatura, densidade, 
solubilidade. Outras propriedades não mencionadas, mas que são relevantes para o 
entendimento da Química, serão definidas ao longo do curso. 
Por fim, definimos o que é propriedade química, que são as propriedades envolvidas 
nas reações químicas. Estas são fundamentalmente importantes, e serão abordadas em 
todas as disciplinas, com diferentes visões. 
 
 
6 BIBLIOGRAFIA 
 
PAULING, Linus. General Chemistry. 3ª ed. São Francisco: Dover Publications, 1970. 
 
ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio 
ambiente. 5 ª ed. Porto Alegre, RS: Bookman, 2012.