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IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A PAULO JUBILUT 2018 INTRODUÇÃO À QUÍMICA 3 Materiais de Laboratório e Separação de Misturas 22 SUMÁRIO IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A 3www.biologiatotal.com.br A química é uma ciência que analisa a matéria, em termos de sua composição, e também as transformações em termos de energia. Para acompanhar as transformações, muitas variáveis podem ser descritas apenas utilizando as propriedades organolépticas (visão, olfato, tato, audição e paladar), como por exemplo, alterações na cor, formação de precipitado, aparecimento de bolhas, aromas característicos, aquecimento do recipiente entre outras. Todas as alterações que conseguimos identificar a olho nu, acontecem no mundo macroscópico (o que está em uma dimensão do visível). É partindo de observações em relação aos materiais, como a correlação entre as suas transformações e propriedades, que será possível analisar e propor um mundo denominado submicroscópico, que possa explicar a constituição do material. Para explicar esse mundo submicroscópico, são necessários símbolos, fórmulas e equações químicas. Tudo isso porque nesse nível não somos seres humanos capazes de verificar, exatamente, como os constituintes da matéria se comportam. Aqui é preciso destacar a similaridade entre as ciências que fazem parte da área denominada Ciências da Natureza e suas Tecnologias, definida pelos documentos oficiais instituídos pelo Ministério da Educação. As representações que ilustram a química são sempre feitas através de símbolos. Por exemplo, o átomo de um elemento químico terá a mesma simbologia no Brasil, ou em qualquer outro país. Por conta disso, podemos dizer que a química apresenta uma linguagem intrínseca e específica, e essa forma de pensar expande-se para a Biologia e a Física, cada uma com a sua linguagem específica. Um exemplo de como as simbologias são importantes, pode ser observado no código brasileiro de trânsito. Quando você está no processo de obtenção da Carteira Nacional de Habilitação (CNH), ou até mesmo enquanto pedestre, você sabe que as cores de um semáforo estão associadas às ações dos condutores de veículos automotivos e dos pedestres, certo? Veja a imagem a seguir: Certamente quando você era criança, alguém ensinou para você que você só poderia atravessar a rua com segurança, se o sinal de pedestres estivesse verde, certo? INTRODUÇÃO À QUÍMICA 4 IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A Quando o sinal está vermelho para carros, os condutores devem parar o veículo. Se o sinal está verde, prosseguir com seu veículo. Essa representação utilizada no trânsito é específica e possui uma linguagem bem clara, assim como a simbologia utilizada na química! Mas a química não é só uma simbologia, afinal, ela estuda as transformações que envolvem energia. E a energia pode ser definida como uma medida da capacidade de realizar o trabalho. Não ficou claro? Não precisa se apavorar, pois ao longo do curso de química aqui no Biologia Total, você estudará nas videoaulas com maiores detalhes esse conceito bem elaborado. Para analisar com maior cuidado as transformações da matéria, é necessário que você entenda as características capazes de mensurar o mundo físico para sistematizar o conhecimento. Algumas delas são: massa, volume, temperatura, pressão e densidade. VOLUME Com toda certeza, você em algum momento se deparou com a palavra volume em seus estudos, não é mesmo?! Agora iremos estudar como essa grandeza é calculada e como converter uma unidade em outra. Entenda bem esse conceito inicial para depois utilizá-lo com segurança, por exemplo, em densidade ou nos estudos dos gases. De acordo com o cubo da imagem anterior, é possível mensurar três dimensões: largura, profundidade e altura. Por apresentar 3 dimensões, dizemos que a figura é tridimensional e o produto (multiplicação) das variáveis fornecerá o volume do sólido. Em termos de definição: Volume é uma grandeza que mede o espaço ocupado por um determinado corpo. Para encontrar o valor numérico do volume do cubo mencionado, temos que: profundidade X largura X altura 1m . 1m . 1m = 1m³ (1 metro cúbico) A unidade de medida encontrada, metros cúbicos (m3), é a definida pelo Sistema Internacional de Unidades e adotada pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC). Mas, em algumas situações na química, o volume pode ser bem pequeno, sendo necessário utilizar outras unidades de medida como o litro (L), mililitros (mL) ou centímetros cúbicos (cm3). Os fatores de conversão são: 1m³ = 1000L (ou 10³L) 1L = 1000mL (ou 10³ mL) 1m³ = 1000 000mL (ou 106 mL) MASSA Utilizamos com frequência em nosso cotidiano a palavra “peso” para referenciar a massa de objetos ou de pessoas. Mas o que talvez você não saiba é que existe diferença entre os conceitos de massa e peso. Para referenciar uma medida de massa é preciso ter um padrão de comparação compatível, como por exemplo referenciar que a massa de uma cadeira é de 25 kg (quilogramas). Claro que a unidade de medida “quilograma” não será a mais indicada sempre. Para mensurar a massa de um peixe, por exemplo, o mais adequado é utilizar outra unidade de medida, como gramas 5www.biologiatotal.com.br IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A (g), no caso. Já para laboratórios de análises, talvez a unidade “gramas” seja gigantesca, fazendo necessário uma unidade menor ainda, chamada de miligramas (mg). As relações entre as unidades de medida são: 1t = 1000kg (ou 10³ kg) e 1t = 1000 000g (ou 106) O peso é calculado pelo produto entre a massa (m) e a aceleração da gravidade local (g), sendo a unidade de medida expressa em newton (N). Tanto a massa como o volume, são propriedades da matéria chamadas de propriedades extensivas, isto é, dependem da quantidade da amostra serem mensuradas. DENSIDADE Por qual motivo alguns materiais em água afundam e outros flutuam? Para responder essas observações precisamos entender o conceito de densidade. Em linhas gerais, o conceito é definido como: A densidade (ou massa específica) é a relação entre a massa (m) e o volume (V) de determinado material (seja ele sólido, líquido ou gasoso). A expressão matemática da densidade: Para os materiais menos densos que flutuam em materiais mais densos, o exemplo clássico é a flutuação do gelo em água. TEMPERATURA E CALOR Quando falamos em temperatura, temos a tendência em correlacionar com a palavra calor em diversas situações do cotidiano, Mas entenda: são palavras conceituais distintas. No Brasil a unidade de medida utilizada para temperatura é °C (grau Celsius). Para o SI e também para a IUPAC, a unidade utilizada é o K (Kelvin). O conceito relacionado com temperatura é: A energia térmica de um material e não é dependente da massa. A correlação entre as unidades de medida, Kelvin e grau Celsius, é: T/K = t/ºC + 273,15 e t/ºC = T/K - 273,15 Quando falamos em termos de calor, no campo da ciência, estamos fazendo relação com a energia térmica em trânsito (movimento). Para que ocorra esse movimento, existe a necessidade de uma diferença de temperatura entre os corpos envolvidos e contato entre eles. De acordo com o exemplo abaixo temos que: Observe que o frasco da esquerda apresenta uma temperatura maior que o frasco do direita, como verificado pelo termômetro. A energia térmica – em termos de calor – flui (espontaneamente) do frasco de maior temperatura para o de menor, desde que estejam em contato (simbolizado pelas setas). Quando os líquidos dos frascos atingirem a mesma temperatura, a transição de energia térmica cessará. Vale lembrar que o calor depende da massa do corpo. 6 IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A PRESSÃO Geralmente utilizamos a palavrinha “pressão” em vários momentos do nosso dia a dia, como por exemplo, panela de pressão, pressão atmosférica, pressão arterial entre outros. As unidades de medida utilizadas para essa grandezasão: UNIDADES DE MEDIDA DA GRANDEZA PRESSÃO GRANDEZA UNIDADE DE MEDIDA SÍMBOLO DA UNIDADE RELAÇÃO DA UNIDADE COM O SI Pressão (P) pascal Pa --- milímetros de mercúrio mmHg 760 mm de Hg = 101325 Pa atmosfera atm 1 atm = 101325 Pa Mas... Quem criou a pressão? Como visto na tabela anterior, a unidade de medida utilizada para a pressão é mmHg. Isso se deve às condições em que a mesma foi proposta pelo matemático italiano Evangelista Torricelli. No seu experimento, ele encheu um tubo de vidro de mercúrio (até a borda) e em seguida colocou em uma espécie de bacia (cuba) com uma quantidade considerável também de mercúrio. De modo que uma das extremidades ficasse submersa na bacia: Com o passar do tempo, Torricelli observou que a coluna de mercúrio desceu até a marca de 76 cm ou 760 mm, restando vácuo dentro do tubo na parte acima do líquido. A principal questão que surge sobre o experimento é por que a coluna de mercúrio não desceu completamente? Evangelista explicou que isso ocorre em razão da coluna de ar atmosférico, de tal modo que a mesma exerce uma força no líquido, ou seja, em toda a área que o mercúrio recobre dentro da bacia. É exatamente no panorama descrito que surge a unidade de medida 760 mmHg. Os materiais utilizados pelo italiano receberam o nome de barômetro. Segundo a sua definição matemática, temos que pressão é: Força é uma grandeza medida em Newton (N) e a área é uma grandeza medida em metros quadrados (m²). A razão entre elas fornece a pressão. PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DA MATÉRIA Você é um analista ambiental e precisa analisar os dois líquidos abaixo para verificar qual deles poderá ser reutilizado no laboratório, e qual deve ser descartado em segurança. Quais informações você necessita para tomar as decisões corretas? Toda matéria apresenta propriedades características que podem ser classificadas em: 7www.biologiatotal.com.br IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A Físicas: temperatura de fusão, temperatura de ebulição, densidade, solubilidade; Químicas: relacionadas com as transformações que podem ocorrer em determinadas condições; De grupo: acidez, basicidade e neutralidade. Para conhecer o comportamento da matéria, na situação anterior, poderíamos determinar as propriedades físicas, químicas e degrupo para os líquidos, e comparar com os valores existentes na literatura para aferir a constituição básica dos materiais. Dentre as propriedades físicas, é muito importante conhecer as transformações físicas que ocorrem com a matéria. Como recordar é viver, vamos relembrar os estados físicos da matéria que se apresentam na natureza. Os três principais são: Sólido: para esse estado a matéria apresenta forma e volume fixo; Líquidos: aqui encontramos a matéria com forma variável (geralmente a do recipiente em que se encontra) e volume fixo; Vapor ou gás: volume variável (igual ao recipiente que o contem). Entre os estados físicos da matéria (também chamados de estados de agregação da matéria) é possível ocorrerem transformações. Observe o esquema a seguir: Uma característica importante nas transformações físicas, é a relação com a temperatura, já que partindo do sólido para o gás, ela se eleva. No sentido oposto, a temperatura diminui. Como as transformações são usadas para determinar as propriedades físicas da matéria, vamos analisar cada uma delas e compreender seus conceitos. FUSÃO E EBULIÇÃO A transição do estado sólido para o líquido é denominada de fusão. Mas existem matérias em que a transformação acontece em uma temperatura específica, (quando a pressão é constante) e nesses casos dizemos que a matéria apresenta temperatura de fusão bem definida. No exemplo abaixo, temos o Gálio: 8 IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A O mesmo raciocínio pode ser utilizado para a transição entre o estado líquido para vapor, e o processo recebe o nome de ebulição. Vale lembrar que as transições inversas, condensação (passagem do vapor para líquido) e solidificação (passagem do líquido para o sólido), apresentam as mesmas temperaturas de ebulição e fusão. Observe abaixo uma tabela de temperaturas de fusão e ebulição para algumas substâncias: Temperaturas de fusão e ebulição de diversos materiais Materiais Temperaturas de fusão/ºC Temperaturas de ebulição/ºC Água 0 100 Benzeno 5,5 80,1 Álcool etílico -114 78,4 Amônia -77,7 -33,4 Cloreto de sódio 800,4 1413 Mercúrio -38,87 356,9 Ferro 1535 3000 É possível acompanhar as transformações físicas através de um gráfico, denominado por diagrama de mudança de estado de agregação: Esse processo de transformação física (no gráfico) é construído com base no aquecimento da água. Em termos práticos, podemos descrever o gráfico tanto para o aquecimento quanto para o resfriamento: Como visto na tabela anterior, sobre as temperaturas de fusão e ebulição de algumas substâncias, a água apresenta temperatura de fusão de 0° C e temperatura de ebulição 100° C. EBULIÇÃO E EVAPORAÇÃO A transição do estado líquido para o estado de vapor pode ocorrer em condições diferentes, possibilitando dois tipos de vaporização: a ebulição e evaporação. Quando a temperatura é ambiente, denomina-se evaporação. Para algumas transições em que a temperatura é específica e característica de uma substância, ocorre uma ebulição. 9www.biologiatotal.com.br IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A Diferença entre vapor e gás Vapor Gás A matéria está em uma temperatura abaixo da temperatura crítica. A temperatura está acima da temperatura crítica para a matéria. A temperatura crítica é o valor específico que as espécies da matéria apresentam, demonstrado por Thomas Andrews. Após esse valor, a transição do estado gasoso para o estado líquido somente com o abaixamento da temperatura, caracterizando a matéria no estado gasoso. SUBLIMAÇÃO Na imagem abaixo podemos observar o iodo no estado sólido, liberando vapores com uma coloração bem intensa e encantadora. Para a transformação física do iodo, a matéria transita do estado sólido para o estado gasoso. É denominado como sublimação. É claro, que nas condições de temperatura e pressão, é possível ocorrer uma alteração na matéria de tamanha magnitude. Um outro exemplo é o gelo seco, usado em teatro, shows, cinema entre outras aplicações. SOLUBILIDADE Com toda certeza você já se deparou com algum alimento, em que no seu rótulo estava escrito a palavra “solúvel”, certo? Você sabe o que significa isso na Química? A capacidade que uma substância tem de se dissolver em um solvente, em uma dada temperatura, é chamada de solubilidade. A quantidade exata em que uma determinada substância se dissolve, é chamada de coeficiente de solubilidade (CS). Esse fator pode aumentar ou diminuir, e isso depende de dois fatores: temperatura e pressão. Veja o exemplo para a sacarose e a variação do coeficiente de solubilidade: Coeficiente de solubilidade da sacarose em água Temperatura CS 0 179,2 10 190,5 20 203,9 30 219,5 40 238,1 50 260,4 60 287,3 70 320,5 80 362,1 90 415,7 100 487,2 SUBSTÂNCIAS E MISTURAS Muita atenção agora JubiAluno e JubiAluna com os conceitos de substâncias e misturas. Um material qualquer pode ser classificado como substância quando suas propriedades físicas, químicas e de grupo não sofrem alterações. No caso de uma mistura, as propriedades que descrevem a matéria sofrem modificações. É importante destacar que na natureza predominam as misturas, e por isso são necessários processos de separação de materiais, para se obter uma purificação, ou seja, uma substância pura. Nesse caso, também é possível escrever um diagrama de mudanças de estado para as substâncias de forma genérica: 10 IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A Como é possível considerar o gráfico acima de uma substância? Observe que no gráfico de aquecimento e resfriamento existem regiões denominadas por patamares. São exatamente nessas regiões em que a transiçãoentre os estados da matéria ocorre, com temperatura constante. Isto é, quando inicia a fusão ou ebulição, por exemplo, até o termino de sua transformação física, a temperatura é constante. Essas são informações que configuram uma substância. Para as misturas, temos gráficos em que as transições entre os estados da matéria apresentam variações de temperatura. Algumas misturas são especiais, pois em determinadas transições de estado podem ser bem definidas, ou não. Dependendo de qual transformação física está bem definida, temos as misturas eutéticas e azeotrópicas. 11www.biologiatotal.com.br IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A Pelas imagens acima, utilizando a sua visão para classificar o material, podemos considerar que a bolsa de sangue e o leite apresentam apenas um único aspecto em toda a sua extensão, correto? Mas, quando nos deparamos com o sangue no microscópio, temos uma outra resposta em relação ao seu aspecto: Qual critério estabelecer para classificar um material, onde todas as dúvidas podem ser sanadas, com um único critério adotado? Os cientistas basearam-se em aparelhos sofisticados como: ultramicroscópio e a ultracentrífuga. Dependendo da mistura em que o material se encontra, ele pode ser classificado como homogêneo ou heterogêneo. Material Homogêneo Material Heterogêneo Apresenta o mesmo aspecto ao longo de sua extensão, mesmo quando o material é analisado com os aparelhos sofisticados. Apresenta mais de um aspecto, ou seja, ao longo de sua extensão propriedades físicas distintas estão presentes. Classificação quanto ao número de fases Monofásica Apresenta apenas uma fase. Bifásica Duas fases são descritas. Trifásica Material com três fases. Os materiais homogêneos podem ser classificados em: mistura ou soluções Misturas Eutéticas Misturas Azeotrópicas Quando ocorre a transição do estado sólido e líquido, com temperatura constante. Quando ocorre a transição entre o estado líquido e gasoso, com temperatura constante. FASES DE UM MATERIAL AA palavra fase, em sua etimologia grega, vem de phasis, que significa “aparência, aspecto visual”. Em Química os materiais podem estar em diferentes fases, e a mesma é definida por: Cada fase de um material é identificada pela aparência uniforme e pelas propriedades constantes em toda a sua extensão. É claro que, em muitas situações em que temos diferentes matérias para analisar apenas a olho nu, isso torna-se uma tarefa difícil e com risco de conter erros, como nas imagens abaixo: 12 IN TR O D U ÇÃ O À Q U ÍM IC A Soluções Misturas homogêneas São misturas homogêneas de duas ou mais substâncias que apresentam um aspecto visual constante, que depende da quantidade presente de cada uma delas. As substâncias que constituem as misturas homogêneas independem de sua quantidade e apresentam aspecto uniforme por toda sua extensão, mesmo quando submetidas em aparelhos sofisticados. Tipos de soluções: Soluções Sólidas – Todos os componentes estão no estado sólido, e ele é conhecido também por ligas. Soluções Líquidas – Pelo menos umas das substâncias está no estado líquido, um exemplo é a gasolina que apresenta uma mistura de octano e álcool etílico. Soluções Gasosas – O ar atmosférico é um exemplo, pois ambas as substâncias estão no estado gasoso (nitrogênio N2, oxigênio O2 e outros gases). Fases de um material heterogêneo Quando a matéria se apresenta em diversas fases, as mesmas podem ser contínuas ou descontínuas: Contínua: quando a matéria não se apresenta separada em partes Descontínua: quando a matéria tem várias partes distintas (ex: água + gelo). Número de componentes de um material heterogêneo O número de componentes está relacionado com o número de substâncias das quais ele é formado. ATENÇÃO: nem sempre o número de componentes é igual ao número de fases do material. Veja o exemplo abaixo: Para esse exemplo, a matéria se encontra heterogênea, com duas fases e com apenas 1 componente (água em estados físicos distintos). Agora para o segundo exemplo, temos: Nesse caso, é possível identificar 3 fases (óleo, água e sedimentos) e também 3 componentes. EX ER CÍ CI O S 13www.biologiatotal.com.br 1 2 4 5 6 7 3 a a a a a a b b b b b b c c c c c c d d d d d d e e e e (UFJF 2017) O mercúrio é um elemento químico que apresenta como temperaturas de fusão -38 ºC e de ebulição, 357 ºC. Forma liga metálica facilmente com muitos outros metais, como o ouro ou a prata, produzindo amalgamas. Sobre o mercúrio é correto afirmar que: forma uma mistura heterogênea na produção de amalgamas com ouro. apresenta 80 elétrons e 80 nêutrons. encontra-se no estado líquido na temperatura ambiente (24 ºC). localiza-se no quinto período da tabela periódica. apresenta distribuição eletrônica [Xe] 6s24f144d10. (CFTRJ 2017) “Clarear o cabelo em salão com química ou em casa, sem química?” Afinal no salão serão usados tonalizantes, oxidantes, neutralizantes e uma série de outras substâncias. Já o processo caseiro, conta com as receitas antigas que resistiram aos anos. Nesse universo encontramos a cebola, o suco de limão, canela, ruibarbo e até o mel para mudar a tonalidade dos cabelos. Sobre o tratamento caseiro, podemos inferir que por ser natural e sem a presença de substâncias químicas é menos invasivo; ter apenas produtos naturais significa que oferece riscos menores ao uso; apesar de ser um processo natural, também contém substâncias químicas; a isenção de tonalizantes e outras substâncias torna o procedimento seguro. (UTFPR 2017) As pesquisas científicas têm mostrado que a existência de outras formas de vida fora da terra passa pela busca de substâncias químicas que possam suportar esta hipótese. Até o momento já foram divulgadas notícias sobre a existência, em Europa, uma das 4 luas de Júpiter, de água (H2O) uma mistura de compostos formadas pela presença de oxigênio (O), enxofre ionizado (S) e gelo, além da suspeita de substâncias que poderiam ser formadas por cloro (Cl) e sais de carbonato (CO3 -2) no cometa Lovejoy foi noticiada a existência de etanol (CH3CH2OH) e um glicoaldeído de açúcar (OHCH2CHO); na atmosfera do planeta Marte noticiou-se a existência de vapor d’água (H2O) e dos gases, Nitrogênio (N2), monóxido de carbono (CO), óxido nítrico (NO), metano (CH4) e gás carbônico (CO2), entre outros. Sobre as substâncias químicas citadas no enunciado, assinale a alternativa correta. Em Marte as substâncias citadas são todas compostas. O etanol e o glicoaldeído de açúcar apresentam a mesma quantidade de átomos. O gás carbônico representa uma mistura homogênea de carbono e oxigênio. As substâncias simples citadas no texto compreendem N2, O2, S8, Cl2 e H2O. Em Europa atribui-se a existência de pelo menos 5 elementos químicos H, Cl, S, C e O. (COL. NAVAL 2017) Marque a opção que apresenta apenas substâncias compostas. H2, O2, S8. I2, O3, H2O. CO, He, NH3. H2O, N2, Cl2. NO2, H2O, NaCl. (UEFS 2017) Considere uma amostra sólida que apresenta ponto de fusão constante e coloração amarela uniforme. Dissolve somente parte do sólido com adição de água e após fundir totalmente, com aquecimento contínuo, entra em ebulição com temperatura variável. Com base nessa informação, é correto afirmar que essa amostra é uma substância pura. é uma substância composta. é uma mistura homogênea. é uma substância pouco solúvel em água. ao entrar em ebulição, ocorreu a sublimação da substância. (CFTMG 2017) Um copo contendo água mineral gaseificada, com pedras de gelo, é uma mistura __________ formada por _____ fases, sendo __________. Os termos que completam as lacunas são, respectivamente, heterogênea, três, uma sólida. homogênea, duas, uma sólida. homogênea, três, duas sólidas. heterogênea, duas, duas sólidas. (PUCCAMP2017) Uma revista traz a seguinte informação científica: EXERCÍCIOS 14 EX ER CÍ CI O S O gás carbônico no estado sólido é também conhecido como “gelo seco”. Ao ser colocado na temperatura ambiente, ele sofre um fenômeno chamado sublimação, ou seja, passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso. É correto afirmar que a sublimação é um fenômeno químico, uma vez que o gás carbônico se transforma em água. físico, uma vez que ocorreu transformação de substância. físico, uma vez que não ocorreu transformação de substância. químico, uma vez que ocorreu transformação de substância. químico, uma vez que não ocorreu transformação de substância. (IFSP 2017) Com relação a processos químicos e físicos, correlacione as colunas. 1.Processos Químicos. 2.Processos Físicos. ( ) Queima de papel. ( ) Papel amassado. ( ) Obtenção de sal a partir da evaporação da água do mar. ( ) Palha de aço enferrujada. ( ) Bloco de cobre transformado em fios de cobre. Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta. 1 – 2 – 1 – 2 – 1 1 – 2 – 2 – 1 – 2 2 – 1 – 1 – 2 – 1 1 – 1 – 2 – 1 – 2 2 – 1 – 2 – 1 – 1 (UEPG 2016) Carbono, oxigênio e hidrogênio são elementos que se combinam para formar diversas substâncias químicas. No esquema abaixo, as esferas pretas representam o carbono, as cinzas o oxigênio, e as brancas o hidrogênio. Com relação às substâncias químicas representadas, assinale o que for correto. Em I, está representado o CO2 e em II, a H2O. Na mistura de todas as substâncias, encontram-se quatro tipos de moléculas e três elementos químicos. Na mistura de I e III, encontram-se dois elementos químicos diferentes. Em IV, está representado um hidrocarboneto. Na mistura de II e IV, encontram-se dois tipos de moléculas e quatro tipos de átomos. (CFTMG 2016) Em uma aula prática de Ciências os alunos analisaram um líquido de identidade desconhecida. Inicialmente verificaram a existência de uma única fase. Em seguida, determinaram a densidade, a temperatura de ebulição e a massa residual após a evaporação de 100mL do líquido. A tabela abaixo evidencia os resultados das análises: Densidade a 25ºC Temperatura de ebulição Massa residual após evaporação 0,78 g/mL 76 ºC – 84ºC 20mg Com base nos resultados, o líquido em questão é uma substância simples. substância composta. mistura heterogênea. mistura homogênea. (IFCE 2016) Os átomos dos elementos químicos combinam uns com os outros de diversas formas, constituindo as moléculas das substâncias. Estas podem ser simples ou compostas. Diante do exposto, trata-se uma substância simples ácido sulfúrico. gás carbônico. car atmosférico. gás ozônio. ácido fosfórico. (COL. NAVAL 2016) Assinale a opção que apresenta somente fórmulas de substâncias simples com atomicidades diferentes entre si. H2, CO2, H2O2, O2. F2, Al, N2, O3. S8, Fe, O2, P4. CH4, CCl4, H2SO4, HNO3. O2, O3, Au, Ag. (CPS 2016) O aumento da acidez do solo pode ser provocado pela chuva ácida, na qual alguns compostos são transformados em ácidos, como dióxido de enxofre: SO2 + ½ O2 → SO3 SO3 + H2O → H2SO4 No processo, observa-se a presença exatamente de uma substância simples. duas substâncias simples. cinco substâncias simples. cinco substâncias compostas. seis substâncias compostas. 12 13 11 10 9 8 a a a a 01 a a b b b b 02 b b c c c c 04 c c d d d d 08 d d e e e 16 e e EX ER CÍ CI O S 15www.biologiatotal.com.br (IFCE 2016) As substâncias químicas podem ser classificadas em simples e compostas. São exemplos de substâncias compostas Co, Ag, HNO3. AhCl2, O2, N2O. H2SO4, SiO2, H2O. H2, H2CO3, H2S. O3, N2, SO2. (IFCE 2016) Um dos critérios para classificar um material (substância ou mistura) é o número de fases que ele possui. Considerando um sistema formado de açúcar, areia, sal de cozinha e água (em excesso), tem- se um sistema homogêneo, com uma fase. heterogêneo, com três fases. heterogêneo, com quatro fases. heterogêneo, com duas fases. homogêneo, com duas fases. (UEFS 2016) O Ciclo da Água na natureza inclui transformações físicas, a exemplo da evaporação, condensação e fusão, influenciadas pelas condições ambientais do Planeta. Entretanto, a quantidade total de água, que é essencial à vida, dissolve e transporta muitas substâncias químicas, permanece constante. Considerando-se essas informações, é correto inferir: O granizo, formado por água no estado sólido, é proveniente da condensação do vapor de água que compõe a atmosfera. O solo arenoso permite a infiltração de água da chuva porque é constituído por substâncias químicas solúveis em água. O oxigênio utilizado pelos peixes na sua respiração é originário da decomposição de moléculas de água que formam lagos, rios e oceanos. A fusão das geleiras, com o aumento da temperatura do Planeta, implica a ruptura de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água. A quantidade total de água no Planeta permanece constante porque a água que evapora da superfície retorna constantemente ao solo, sob a forma de chuva. (UTFPR 2016) Cíntia acordou de manhã e escovou os dentes mantendo a torneira aberta. Ligou o chuveiro para esquentar a água, pois queria tomar um banho quente. Após o banho, penteou o cabelo. Não conseguiu pentear bem porque o espelho estava embaçado. Saiu do banheiro deixando a luz acesa e foi para a cozinha. Acendeu o fogão a gás. A queima do gás forneceu energia para a fervura da água. Fez o café. Colocou açúcar no café com leite e pôs uma fatia de pão na torradeira – mas o pão queimou. Tomou, então, só café com leite e saiu correndo para trabalhar. Adaptado de: Gewandsznajder, F. Ciências - Matéria e Energia. 8a série. São Paulo. Ed. Ática. 2006. p 27. No texto, em negrito, estão indicadas transformações físicas e transformações químicas. Destas transformações, o número de transformações químicas é igual a: 1. 2. 3. 4. 5. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto para responder à(s) questão(ões). Na fotossíntese realizada pelos seres fotossintetizantes, com exceção das bactérias, o gás carbônico (CO2) e a água (H2O) são usados para a síntese de carboidratos, geralmente a glicose. Nesse processo, há a formação de oxigênio (O2), que é liberado para o meio. A equação mostra que o gás carbônico e a água são convertidos em glicose, havendo liberação de oxigênio. 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O <http://tinyurl.com/kyecb4o> Acesso em: 19.02.2016. Adaptado. (CPS 2016) A equação química descrita no texto, apresenta, exatamente, uma substância composta. duas substâncias simples. três substâncias compostas. quatro substâncias simples. cinco substâncias compostas. (PUCMG 2015 - Adaptada) São exemplos de misturas heterogêneas, EXCETO: água e óleo gelo e água água e areia hexano e água sal e água (CFTMG 2015) Na tentativa de explicar a natureza da matéria, várias teorias surgiram ao longo do tempo, sendo uma delas criada por Empédocles, por volta do século V a.C. Segundo ele, tudo que existe no universo seria composto por quatro elementos principais. No entanto o conhecimento científico desenvolvido a partir do século XIX forneceu outra concepção sobre a natureza da matéria e a ideia de elemento químico. De acordo com a concepção moderna de elemento químico, os cientistas propõem que a água é uma 16 20 19 18 17 15 14 a a a a a a b b b b b b c c c c c c d e d d d d d e e e e e 16 EX ER CÍ CI O S mistura heterogênea de gases H2 e O2. substância simples formada por três átomos. mistura homogênea de hidrogênio com oxigênio. substância composta formada por dois elementos químicos. (UDESC 2015) Uma companhia de reciclagem comprou algumas toneladas degarrafas PETs (poli (etileno tereftalato)) de uma Cooperativa de catadores de materiais recicláveis. Antes de o material ser usado, o laboratório físico-químico desta companhia colheu uma amostra e a submeteu a uma série de testes. Um desses testes consiste em colocar uma fração da amostra em um equipamento e aquecê-la até o plástico derreter. Assinale a alternativa que descreve a transformação que ocorreu com a amostra. A amostra sofreu solidificação, cujo fenômeno é classificado como químico. A amostra foi fundida, cujo fenômeno é classificado como físico. A amostra entrou em ebulição, que é um fenômeno classificado como físico. A amostra sofreu um fenômeno físico denominado condensação. A amostra passou do estado sólido para o estado gasoso, fenômeno denominado sublimação. (PUCRS 2015) Em uma aula de Química, o professor acendeu uma vela e solicitou que os alunos elaborassem perguntas para as quais gostariam de construir respostas durante a aula. Contém falhas conceituais a pergunta: Por que a chama da vela tem várias cores, com predominância da amarela? Por que a vela derrete antes da queima? Por que só o pavio queima à medida que a parafina vai derretendo? Por que, durante a queima da vela, eventualmente surge fumaça preta, mas, ao apagá-la surge fumaça branca? Por que a chama da vela parece ter regiões com diferentes temperaturas? (IFSC 2015) As reações químicas costumam ocorrer acompanhadas de alguns efeitos que podem dar a dica de que elas estão ocorrendo. Assinale a alternativa em que a imagem NÃO apresenta uma reação química. (UFSM 2015) O conhecimento da Química propicia uma melhor compreensão do mundo e, consequentemente, auxilia na melhoria da qualidade de vida. A química está presente no dia a dia, como, por exemplo, no processamento e na conservação de alimentos. Assim, avalie os seguintes processos: 22 23 24 21 a a a a b b b b c c c c d d d d e e e EX ER CÍ CI O S 17www.biologiatotal.com.br I. o amadurecimento de uma fruta. II. a fermentação do vinho em vinagre. III. a transformação do leite em iogurte. IV. o cozimento do ovo. São fenômenos químicos: apenas I e II. apenas I e III. apenas II e IV. apenas III e IV. I, II, III e IV. (CFTMG 2015) O modelo tridimensional a seguir representa uma molécula de um álcool chamado etanol. De acordo com esta representação, a molécula do etanol é composta por nove elementos químicos. três substâncias simples distintas. nove átomos de três elementos químicos. três átomos de nove elementos químicos. (IFSC 2015) Os veículos automotores emitem gases poluentes na atmosfera como o NO2 e o NO3, conhecidos pelos nomes de óxido nitroso e óxido nítrico, respectivamente, os quais reagem com a água da chuva precipitando na forma de ácido nítrico. Já o SO2, precipita na forma de ácido sulfúrico também quando reage com a água da chuva. Esses ácidos são altamente tóxicos e corrosivos: nos vegetais retardam o crescimento, e nos seres humanos atacam as vias respiratórias. A respeito dessas substâncias poluentes grifadas no texto e os elementos químicos que a constituem, é CORRETO afirmar que: O SO2 é uma substância simples. O enxofre não constitui nenhuma dessas substâncias. As substâncias poluentes são constituídas por 3 elementos químicos. Não possuem nenhum elemento em comum. O nitrogênio é um metal. (CPS 2015) Nas Artes Plásticas, a Química tem um papel fundamental, como o uso de polímeros naturais e sintéticos, presentes em materiais plásticos e em técnicas de pintura. Um exemplo de polímero natural é a celulose, utilizada na confecção de telas. Esse polímero é formado pela união de moléculas de glicose. Na imagem, temos representada uma molécula de glicose, cuja formula molecular é C5H6O7 C6H6O6 C6H12O6 C12H22O11 C12H22O12 (COL. NAVAL 2014) Uma substância pura e sólida X é submetida a uma descarga elétrica que causa sua decomposição em duas outras substâncias Y e Z. Estas duas, por sua vez, mesmo submetidas a diferentes processos além da descarga elétrica, não se decompõem em outras substâncias. Com base nessas informações, é correto afirmar que: X é um elemento. Y é um elemento, e Z é uma substância simples. Y e Z são substâncias simples. Y e Z são substâncias compostas. X, Y e Z são substâncias compostas. (UEM 2014) Assinale o que for correto. Uma mistura de água, metanol, açúcar completamente dissolvido e pó de serra forma um sistema heterogêneo de duas fases. Uma mistura de água e óleo de canola forma um sistema heterogêneo de duas fases. Uma mistura de água a 80 °C com pó de serra forma um sistema homogêneo de uma fase. Uma mistura de álcool etílico e iodo completamente dissolvido forma um sistema heterogêneo de duas fases. O ar atmosférico livre de poluição e de água é um sistema homogêneo de três fases. 29 28 27 26 25 01 a a a a a 02 b b b b b 04 c c c c c 08 d d d d d 16 e e e e 18 EX ER CÍ CI O S (CPS 2014) O Vale dos Vinhedos, localizado na Serra Gaúcha, representa o legado histórico, cultural e gastronômico deixado pelos imigrantes italianos que chegaram à região em 1875 e, hoje, está em perfeita harmonia com as modernas tecnologias para produção de uva e vinhos finos, possuindo infraestrutura turística de alta qualidade. (setur.rs.gov.br/portal/index. php?q=destino&cod=4&opt=&id=36&bd=&fg=3 Acesso em: 10.09.2013.) Na obtenção do vinho, o açúcar da uva é transformado em etanol (o álcool presente no vinho) e em gás carbônico, conforme a reação representada pela equação: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 Nessa equação, nota-se a representação de dois reagentes. cinco substâncias. um processo físico. cinco substâncias simples. três substâncias compostas. ANOTAÇÕES 30 a b c d e EX ER CÍ CI O S 19www.biologiatotal.com.br 1: [C] [A] Incorreta. O amálgama é uma liga metálica, ou seja,uma mistura homogênea, em que o principal componente é o mercúrio. [B] Incorreta. O átomo de mercúrio apresenta 80 elétrons e 120 nêutrons. 200 80 Hg A = Z + n n = 200 – 80 = 120 [C] Correta. O mercúrio apresenta ponto de fusão a -38 ºC portanto, à temperatura ambiente (24 ºC) ele é líquido. [D] Incorreta. O mercúrio pertence ao 6ºP da Tabela Periódica. [E] Incorreta. Sua distribuição eletrônica será: [Xe]6s24f145d10. 2: [C] [A] Incorreta. Todos os produtos “ caseiros” , são formados também, por substâncias químicas. [B] Incorreta. Nem sempre o uso de produtos considerados naturais, oferecem menor risco, por exemplo, usar suco de limão, pode causar queimaduras na pele. [C] Correta. Todos os compostos: naturais ou artificiais, apresentam substâncias químicas em sua composição. [D] Incorreta. Mesmo produtos chamados de naturais precisam de cuidados na sua manipulação e pode causar danos se usado de forma incorreta. 3: [E] [A] Incorreta. Em Marte tem Nitrogênio (N2), que é uma substância simples. [B] Incorreta. O etanol (CH3CH2OH) apresenta 9 átomos no total e o glicoaldeído de açúcar (OHCH2CHO) apresenta 8 átomos. [C] Incorreta. O gás carbônico (CO2), não é uma mistura e sim uma substância pura. [D] Incorreta. A água H2O é uma substância composta. [E] Correta. Em Europa, uma das 4 luas de júpiter, existem pelo menos 5 elementos químicos: H, Cl, S, C e O. 4: [E] Substâncias compostas são formadas por mais de um elemento químico. Exemplos: NO2: nitrogênio (N) e oxigênio (O). H2O: hidrogênio (H) e oxigênio (O). NaCl: sódio (Na) e cloro (Cl). 5: [C] De acordo com o enunciado, poderia se tratar de uma mistura eutética, que é homogênea. 6: [A] Heterogênea (pois apresenta mais de uma fase visível), três fases distintas (sólida, líquida e gasosa), sendo uma sólida (o gelo). 7: [C] A sublimação é a passagem direta do estado sólido para o gasoso, sendo, portanto,um fenômeno físico, pois não há uma reação química envolvida nesse processo. 8: [B] [1] Queima de papel: Processo Químico (toda queima ou combustão corresponde a um processo químico); [2] Papel amassado: Processo Físico (não ocorreu reação química); [2] Obtenção de sal a partir da evaporação da água do mar: Processo Físico (nesse processo ocorreu apenas a separação do sal da água); [1] Palha de aço enferrujada: Processo Químico (a ferrugem é uma reação química entre o ferro da palha de aço e o oxigênio presente no ar); [2] Bloco de cobre transformado em fios de cobre: Processo Físico (a barra de cobre forma fios sem ocorrer reação química). 9: 01 + 02 + 04 + 08 = 15. Análise das afirmações: [01] Correta: Em [I], está representado o CO2 e em [II], a H2O. [02] Correta: Na mistura de todas as substâncias, encontram-se quatro tipos de moléculas e três elementos químicos. [04] Correta: Na mistura de [I] e [III], encontram-se dois elementos químicos diferentes. INTRODUÇÃO À QUÍMICA BÁSICA GABARITO DJOW 20 EX ER CÍ CI O S [08] Correta: Em [IV], está representado um hidrocarboneto. [16] Incorreta: Na mistura de [II] e [IV], encontram-se dois tipos de moléculas e três tipos de átomos (hidrogênio, oxigênio e carbono). 10: [D] Como foi verificado a existência de uma única fase, pode- se inicialmente concluir que não se trata de uma mistura heterogênea e pela variação da temperatura de ebulição, nota-se também, que trata-se de uma mistura e não de uma substância pura, com esses dados, podemos concluir então, que o líquido em questão é uma mistura homogênea. 11: [D] Substâncias simples são formadas por apenas um tipo de átomo, assim: [A] Incorreta. Ácido sulfúrico (H2SO4) trata-se de uma substância composta por 3 elementos químicos diferentes. [B] Incorreta. O gás carbônico (CO2) é composto por 2 elementos diferentes. [C] Incorreta. O ar atmosférico é uma mistura de diferentes tipos de gases, simples e compostos, entre eles, podemos citar, por exemplo, o dióxido de carbono (CO2). [D] Correta. O ozônio (O3) é uma substância simples formada por apenas 1 elemento químico. [E] Incorreta. Ácido fosfórico (H3PO4) é uma substância composta por 3 elementos químicos diferentes. 12: [C] S8: elemento enxofre; atomicidade 8. Fe: elemento ferro; atomicidade indefinida ou um. O2: elemento oxigênio; atomicidade 2. P4: elemento fósforo, atomicidade 4. 13: [A] No processo final, tem-se apenas a presença de uma substância simples, o gás oxigênio: O2 e 3 substâncias compostas: SO2 + ½ O2 → SO3 SO3 + H2O → H2SO4 SO2 + ½ O2 + H 2O → H2SO4 14: [C] Substâncias compostas são aquelas formados por 2 ou mais elementos químicos, assim os compostos: H2SO4, SiO2, H2O apresentam 3,2 e 2 elementos, respectivamente. 15: [D] O sistema será heterogêneo, formado por duas fases: uma de areia e outra de sal de cozinha, açúcar e água em excesso. 16: [E] O ciclo da água na natureza inclui transformações físicas como a evaporação e a condensação. A quantidade total de água no planeta pode permanecer constante se ela retornar ao solo na forma de chuva. 17: [B] Fenômenos químicos são aqueles que alteram a estrutura interna da matéria, assim, qualquer combustão ou queima caracteriza um fenômeno químico, como exemplos o texto cita a queima do gás e do pão. Os demais fenômenos destacados, são fenômenos físicos, processos reversíveis, que não alteram a estrutura da matéria. 18: [C] A equação 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O apresenta três substâncias compostas e apenas uma substância simples. 19: [E] Água e óleo: mistura heterogênea (líquido - líquido). Gelo e água: substância pura em duas fases de agregação. Água e areia: mistura heterogênea (sólido - líquido). Hexano e água: mistura heterogênea (líquido - líquido). Sal e água: mistura homogênia (sólido - líquido) 20: [D] A água é uma substância composta, formada por 2 átomos de hidrogênio e um de oxigênio. 21: [B] Um dos testes consistiu em colocar uma fração da amostra em um equipamento e aquecê-la até o plástico derreter. A fusão da amostra é classificada como um fenômeno físico (mudança de estado). 22: [C] A parafina passa para o estado gasoso e sofre combustão. 23: [E] [A] A queima da vela, trata-se de uma reação de combustão. [B] A corrosão é uma reação que ocorre entre o ferro e o oxigênio. [C] A fumaça lançada na atmosfera pela chaminé das indústrias é resultado de diferentes tipos de reações químicas. [D] O acendimento do fogão, também, é uma reação de combustão. [E] A filtração é um processo físico de separação de misturas, não ocorre nenhuma reação química nesse processo. RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA http://bit.ly/2FkLNYj http://bit.ly/2FknsC6 http://bit.ly/2En1JYT http://bit.ly/2FkLNYj http://bit.ly/2FknsC6 http://bit.ly/2En1JYT EX ER CÍ CI O S 21www.biologiatotal.com.br 24: [E] Fenômenos químicos são aqueles que alteram a estrutura molecular da matéria, portanto, todos os exemplos citados são de transformações químicas. 25: [C] O etanol (álcool etílico) é composto de 3 elementos químicos, distintos: hidrogênio, carbono e oxigênio, totalizando 9 átomos presentes na molécula (5H, 2C e 1O) 26: [C] [A] Incorreta. O SO2 é uma substância composta de 2 elementos químicos: o oxigênio e o enxofre; [B] Incorreta. O enxofre é um dos componentes do SO2 que irá precipitar na forma de ácido sulfúrico (H2SO4) [C] Correta. Tanto o ácido nítrico (HNO3) quanto o ácido sulfúrico (H2SO4) são compostos por 3 elementos químicos distintos. [D] Incorreta. Possuem o elemento oxigênio em comum. [E] Incorreta. O nitrogênio é um gás a temperatura ambiente e a pressão de 1 atm. 27: [C] A fórmula molecular da glicose, a partir da figura representada é C6H12O6 28: [C] X se decompõe em: Y e Z, duas substâncias simples, que não podem mais se decompor em outras substâncias. 29: 01 + 02 = 03. [01] Uma mistura de água, metanol, açúcar completamente dissolvido e pó de serra forma um sistema heterogêneo de duas fases: Fase 1: água, metanol, açúcar completamente dissolvido. Fase 2: pó de serra. [02] Uma mistura de água e óleo de canola forma um sistema heterogêneo de duas fases. Fase 1: água. Fase 2: óleo de canola. [04] Uma mistura de água a 80 °C com pó de serra forma um sistema heterogêneo de duas fases. Fase 1: água líquida. Fase 2: pó de serra. [08] Uma mistura de álcool etílico e iodo completamente dissolvido forma um sistema homogêneo (uma fase). [16] O ar atmosférico livre de poluição e de água é um sistema homogêneo formado por gás nitrogênio e gás oxigênio (uma fase). 30: [E] Teremos: 6 12 6 2 5 2 substânciasubstância substância compostacomposta composta por átomospor átomos por átomos de carbonode carbono, de carbono, e oxigêniohidrogênio hidrogênio e oxigênio e oxigênio C H O 2 C H OH 2 2CO→ + ANOTAÇÕES RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA RESPOSTA COMENTADA http://bit.ly/2FjSude http://bit.ly/2FhoONE http://bit.ly/2EpsMTc http://bit.ly/2FhaHYO http://bit.ly/2EnmtQ0 http://bit.ly/2Fi0Q4X http://bit.ly/2FjSude http://bit.ly/2FhoONE http://bit.ly/2EpsMTc http://bit.ly/2FhaHYO http://bit.ly/2EnmtQ0 http://bit.ly/2Fi0Q4X
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