UNIVESP - Revisão - QUÍMICA - QQG002 2019

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27/11/2019 Texto-base - Material de Revisão: QUÍMICA - QQG002
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QUÍMICA
Estrutura Molecular7
MATERIAL DE REVISÃO
Revisão – Química
 
Caros estudantes dos cursos de Engenharia da Univesp,
 
Estamos chegando ao fim no nosso curso de Química. É muito importante que vocês, alunos de cursos
de Engenharia de Produção e da Computação entendam que o conhecimento das propriedades básicas
da matéria é indispensável para que possam compreender as propriedades e manipular de forma correta
os materiais de engenharia com os quais irão sempre trabalhar. Um engenheiro de produção poderá
sempre trabalhar em indústrias químicas e ter contato com processos que vai precisar entender
minimamente para propor soluções industriais criativas e eficientes, assim como o engenheiro da
computação precisará compreender que diferentes materiais, sejam eles isolantes, condutores ou
semicondutores, produzirão efeitos diferentes em circuitos eletrônicos, podendo afetar o processamento
das informações necessárias para que você exerça de forma competente a sua profissão.
Assim, este curso procurou focar nos aspectos mais básicos das propriedades dos átomos e das
substâncias por eles formadas, de que forma eles se ligam e que propriedades podem ter, dependendo
das interações que existem entre eles. Procuramos, ainda, dar uma visão geral da forma com que as
reações químicas se processam, estudando as velocidades das reações e as formas de alterar essas
velocidades segundo nossas conveniências. Já no final no curso, olhamos para as reações da
eletroquímica, com as quais podemos construir pilhas e baterias, dispositivos essenciais para a nossa
sociedade atual.
Este roteiro de revisão tem a finalidade de chamar a atenção do aluno que já estudou todos os capítulos,
para os pontos principais de cada um deles, mostrando em que tópicos de cada capítulo o estudo deve
ser focado, além de esclarecer as dúvidas enviadas por vocês no formulário. Se você ainda não leu os
capítulos indicados no texto-base, antes de prosseguir nesta revisão, aconselho que volte ao site e leia,
assim terá uma visão geral daquilo que precisa ser aprendido a cada semana. Leia então as orientações
da revisão e, só então, releia o texto-base, agora sim focando nos pontos e tópicos aqui indicados.
 
 
Semana 1 – Estrutura atômica
O objetivo desse capítulo, é proporcionar a vocês, estudantes dos cursos de Engenharia da Univesp,
conhecimentos básicos da estrutura atômica dos materiais, tendo em vista que vocês, muitas vezes,
precisarão escolher, dentre os diversos materiais disponíveis, aqueles que sejam os mais adequados
para a aplicação em que estejam trabalhando. Assim, é fundamental que vocês possam entender como
a teoria atômica evoluiu em seus diversos aspectos para que, em uma etapa seguinte dos estudos,
possam relacionar as características submicroscópicas (dos átomos, que não podemos ver a olho nu)
dos elementos às suas propriedades macroscópicas (aquelas que podemos perceber).
Exemplificando: quando dizemos que o sódio é um metal muito reativo e que, por este motivo, não é
encontrado isolado na natureza, estamos falando de suas propriedades macroscópicas, entretanto,
essas propriedades são a consequência da quantidade de prótons que ele tem no núcleo, da quantidade
e tipo de distribuição eletrônica que ele possui, que são características submicroscópicas. O que se
deseja, então, é que o profissional, analisando um determinado material a partir de seus elementos
formadores, consiga inferir quais devem ser suas características principais, ou ainda, se estiver
projetando um determinado material com características especificas, que possa supor que elementos
podem conferir ao material as propriedades desejadas. Para isso, é incontornável o conhecimento da
estrutura atômica dos elementos.
Então, no estudo desse capítulo, foque na evolução da ciência no conhecimento da estrutura atômica,
assim você vai entender, etapa por etapa, como os cientistas foram descobrindo coisas importantes da
estrutura dos átomos. Veja sempre que eles precisavam ser muito criativos para inventar experimentos
que levavam às conclusões que eles procuravam.
Comece pelos primeiros experimentos com tubos de raios catódicos, que evidenciaram a existência dos
elétrons, depois veja como Rutherford pode concluir que o átomo deveria ter uma estrutura nuclear, veja
como a carga dos elétrons foi descoberta. Procure, então, entender de que forma os estudos da luz
proporcionaram o entendimento do comportamento dos elétrons, de que forma os cientistas
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conseguiram entender que os elétrons podem ter comportamento de partícula e de onda ao mesmo
tempo e como isso explica a forma pela qual os elétrons são organizados num átomo.
 
 
Semana 2 – Propriedades periódicas
Caros estudantes, agora que vocês já conhecem as principais características dos átomos e suas
estruturas, é hora de evoluir o conhecimento para a organização desses átomos na tabela periódica que,
de uma forma muito prática, nos permite antever propriedades importantes dos elementos de acordo
com a sua posição.
Para entendermos a tabela periódica, é fundamental entendermos que os elétrons são organizados nos
átomos de acordo com a energia que possuem e que existem os níveis energéticos permitidos, ou os
orbitais, conforme enunciou Bohr e seus colegas.
Se organizarmos os átomos em ordem crescente da quantidade de prótons e elétrons que possuem, um
após o outro e, ao mesmo tempo, tentarmos agrupá-los conforme suas principais propriedades,
estaremos repetindo o processo que levou Mendeleev a inventar a Tabela Periódica dos Elementos.
Com essa invenção, ele descobriu que existem muitas propriedades dos elementos que se repetem com
uma certa frequência, ou com uma certa periodicidade.
Nesse capítulo, portanto, nosso objetivo é conhecer as principais propriedades dos elementos ligadas às
suas posições na Tabela Periódica.
Procure praticar a distribuição eletrônica dos elementos, olhando suas posições na Tabela, você pode
usar o diagrama de Pauling para isso, mas logo perceberá que a posição na Tabela oferece uma forma
muito rápida e prática para saber a distribuição. Procure então saber localizar na Tabela onde estão os
átomos pequenos e os grandes, e procure ainda entender como a variação dos tamanhos se dá ao
longo das famílias e dos períodos da Tabela.
Passe então para outras propriedades dos elementos, tais como as energias ligadas à formação de
cátions e ânions. Entenda onde se concentram os átomos com baixas energias de ionização e a
consequência disso para a formação dos cátions. Veja também onde estão os átomos com altas
afinidades eletrônicas e a consequência disso para a formação dos ânions. Não se esqueça que é
fundamental entender os aspectos do fluxo de energia, ou seja, quais são exotérmicas e quais são
endotérmicas, porque isso é a chave para entender se um processo tem ou não tendência a ocorrer
espontaneamente.
Além do conteúdo dessa semana, tivemos um fórum temático sobre o laser e suas aplicações, o objetivo
desse fórum foi estender um pouco o conhecimento de vocês sobre a luz e suas propriedades, já que
nas Semanas 1 e 2 as propriedades da luz foram importantes para compreendermos de que forma os
cientistas puderam entender o comportamento dos elétrons nos átomos. O fórum foi muito interessante,
mostrando que o domínio da ciência pode nos levar ao desenvolvimento de muitas tecnologias que
facilitam a nossa vida. Entretanto, o assunto laser foi apenas um tópico a mais para ilustrar a evolução
da ciência, ele não será cobrado nas avaliações.
 
 
Semana 3 – Ligações Químicas
Nesse ponto do seu estudo, você jáconhece a estrutura dos elementos químicos e algumas
propriedades importantes desses elementos, sabe ainda que muitas dessas propriedades são
previsíveis de acordo com a família e com o período do elemento na Tabela Periódica.
É hora de passar do estudo dos elementos puros para os compostos, formados pela combinação desses
elementos.
Nesse capítulo, foque seus estudos nas ligações iônicas e nas ligações moleculares (covalentes);
procure entender por que alguns elementos se combinam através de ligações iônicas e por que outros
só podem se combinar molecularmente.
Procure entender quais são as principais características das ligações iônicas e das ligações covalentes
(moleculares) e observe que tanto as ligações iônicas podem ter algumas propriedades de ligações
covalentes como o contrário também é verdadeiro.
Finalmente, veja como a eletronegatividade dos elementos envolvidos em uma ligação covalente
influencia na polaridade da molécula formada e tente visualizar que características a polaridade confere
a essas moléculas.
 
 
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Semana 4 – Interações moleculares
Nessa semana chegamos a um dos pontos mais importantes para os estudantes de Engenharia. Uma
vez que vocês já tenham entendido a estrutura atômica, a forma com que a tabela periódica organiza os
elementos e de que maneira os elementos podem se combinar, por meio de ligações, para formarem
compostos, chegou o momento de entendermos que esses compostos podem gerar e receber
influências uns nos outros, o que sempre modifica as propriedades macroscópicas tão importantes para
o nosso dia a dia.
Até aqui aprendemos que existem forças internas que ligam os átomos, que são as forças de ligação,
sejam iônicas ou covalentes. No estado gasoso as moléculas influenciam muito pouco umas nas outras,
já que as distâncias entre elas são relativamente grandes. Já nos estados líquido e sólido, essas
distâncias são muito menores, e as moléculas começam a interagir entre si. É o que devemos entender
neste capítulo.
Foque os seus estudos nas diversas forças intermoleculares mostradas ao longo no capítulo, observe
que essas forças são sempre inversamente proporcionais às distâncias entre as moléculas, ou seja,
quanto mais próximas maior a influência. Entretanto, observe que algumas forças são inversamente
proporcionais a essa distância elevada ao cubo e, em alguns casos, elevada à sexta potência, indicando
que uma pequena variação na distância pode afetar enormemente a força intermolecular. Procure
diferenciar cada interação intermolecular de acordo com o caso em que ocorre e à sua força, sendo mais
forte ou mais fraca. Isso é fundamental para entender as propriedades apresentadas pelos materiais
formados por essas moléculas.
Entenda que as ligações de hidrogênio, nome dado às forças intermoleculares existentes entre
moléculas que apresentam átomos de hidrogênio e átomos de N, O ou F, são uma das forças mais
importantes no estudo desse capítulo, porque são a explicação de propriedades fundamentais para a
existência da vida, já que são elas que explicam o ponto de ebulição da água e a possibilidade da
reprodução celular, por exemplo.
Procure, finalmente, entender como as forças intermoleculares influenciam em propriedades como
viscosidade e tensão superficial, pois essas propriedades dos materiais vão aparecer muitas vezes ao
longo da sua vida profissional!
 
 
Semana 5 – Cinética Química
Caros estudantes, vocês já caminharam bastante do entendimento de aspectos importantes da química,
mas a caminhada rumo ao conhecimento não para...
Nessa semana o foco dos estudos é a velocidade das reações químicas. E por que isso é importante?
Todos já ouvimos a expressão “tempo é dinheiro”, em alguns aspectos o significado disso é quase literal,
já que para fabricarmos algum produto, muitas vezes passamos por etapas químicas, com reações que
podem ter a velocidade menor ou maior, significando mais ou menos tempo de processo até o produto.
Obviamente, dominar essas velocidades significa influenciar no tempo de fabricação e, diretamente, no
custo do produto.
Você pode estar se questionando a esta altura por que um engenheiro de computação ou de produção
precisa dominar a velocidade de uma reação química? Seu questionamento está correto, você não
precisa, de fato, saber fazer todos os cálculos envolvidos na engenharia das reações químicas, isso é
para os engenheiros químicos! Mas, hoje em dia, os engenheiros em uma indústria interagem muito
entre si e precisam dominar os fundamentos do conhecimento, isso muitas vezes será o diferencial entre
o seu sucesso ou o fracasso profissional.
Ciente disso, procure focar os seus estudos dessa semana nos fundamentos teóricos da cinética
química, ou seja, saiba como a velocidade de uma reação pode ser expressa, saiba que a concentração
dos reagentes exercem diferentes influencias na velocidade das reações, e que essa influência é medida
com a ordem de reação, que pode ser zero, de primeira ou de segunda ordem. Entenda o significado
prático disso, ou seja, como a velocidade é afetada pela concentração em cada tipo de cinética.
Observe que existem fatores que podem afetar a velocidade das reações, tais como a temperatura e a
área superficial dos reagentes. Observe, ainda, que existem materiais que podem “facilitar” a forma com
que uma reação ocorre, afetando a sua velocidade. São os catalisadores, que podem ser inorgânicos,
orgânicos, homogêneos ou heterogêneos, procure entender essa parte do conteúdo, ela é importante
para você.
 
 
Semana 6 – Introdução à Eletroquímica
27/11/2019 Texto-base - Material de Revisão: QUÍMICA - QQG002
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Um outro aspecto muito importante e que precisa ser entendido pelos profissionais de engenharia em
geral são as reações químicas de oxirredução, porque elas são a principal causa de degradação de
materiais, por meio da famosa oxidação e, também, porque podem ser usadas de forma muito útil para a
produção de pilhas, que aproveitam o fluxo de elétrons gerado nas reações para a produção de trabalho!
Foque seus estudos no entendimento dos princípios básicos, entenda o que é uma redução e o que é
uma oxidação, além de entender que são processos que sempre ocorrem juntos.
Ainda que você não vá trabalhar diretamente como reações químicas, para entender como um material
se degrada ou como uma pilha produz a energia elétrica, será fundamental entender a forma com que as
reações de oxirredução ocorrem, para isso, aprenda a fazer o balanceamento das reações conforme o
livro-texto explica, assim você vai perceber que nas semirreações existem elétrons envolvidos, e que a
quantidade de elétrons precisa ser balanceada, para que não faltem nem sobrem elétrons no processo.
São esses elétrons que, se conduzidos corretamente, geram a corrente elétrica das pilhas!
Domine o conceito, saiba identificar quem oxida, quem reduz, quem é o agente oxidante e o agente
redutor. Finalmente, procure estudar no livro-texto a parte em que você poderá aprender a projetar uma
pilha, em função da diferença de potencial (“voltagem”) que ela vai precisar gerar, sabendo escolher os
elementos adequados para a formação do cátodo e do ânodo da pilha.
 
 
Semana 7 – Estrutura molecular
Chegamos ao último capítulo do curso, aqui alguns conceitos já vistos são, em alguns aspectos,
revisados. Mas alguns conceitos novos são apresentados também, como é o caso da geometria
molecular.
Foque os seus estudos em entender que a quantidade de pares de elétrons ao redor do átomo central
(aquele que está tendo sua geometria estudada) é que determina a sua geometria, e não a quantidade
de átomos ligados a ele. Entender isso é a chave paradominar a geometria molecular, que, obviamente,
vai influenciar nas propriedades dos materiais. Embora as geometrias das moléculas pareçam
complicadas, perceba que elas são combinações de apenas 5 ou 6 geometrias básicas!
Como revisão, veja nesse capítulo as propriedades das substâncias polares, como a água.
Outros aspetos importantes a serem focados no estudo dessa semana são as ligações metálicas, que
proporcionam as propriedades dos metais, tais como a coesão dos átomos (pontos de fusão e ebulição
altos), além de ductibilidade, maleabilidade e a fundamental condutividade. Como leitura final, sugiro
olhar a parte do texto-base que fala sobre as ligas metálicas, veja de que forma a presença de poucos
átomos diferentes muda as propriedades de um metal em uma liga!
 
 
Mensagem final
Muito bem caros estudantes,
Passadas as sete semanas de intensos estudos, esperamos que vocês tenham aproveitado bastante
todo o trabalho que nos esforçamos para lhes entregar.
Os facilitadores se empenharam bastante e estiveram, e ainda estão, à disposição de vocês nos grupos
e nas lives programadas, aproveitem essas oportunidades para tirarem as últimas dúvidas.
Façam as provas com bastante calma e atenção. Se seguiram semana a semana a programação do
curso, leram o material-base, assistiram aos vídeos, fizeram os exercícios e, finalmente, revisaram o
conteúdo conforme indicado aqui, a possibilidade de sucesso na avalição é quase que garantida!
Boas provas a todos!
Prof. Domingos