Medidas e Unidades na Química

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Disciplina: Princípios de Química Biológica
Aula 1: Medidas e sistemas de unidades
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Apresentação
A Química é uma ciência quantitativa. Entre outras coisas, os que estudam Química medem tamanho, massa, volume, tempo e
temperatura. Essas informações são examinadas para encontrar relações entre as propriedades e para oferecer uma visão baseada na
estrutura da matéria.
Esta aula explora as unidades usadas na Química, descreve brevemente o tratamento adequado de dados numéricos e analisa
algumas características da Matemática que você precisará para fazer cálculos de Química.
Objetivos
Apontar as diferenças entre os conceitos de dimensões e unidades;
Enumerar as unidades básicas e derivadas;
Registrar as conversões de unidades.
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Dimensões e unidades
As medidas envolvem números, mas eles diferem dos números usados na Matemática de duas maneiras importantes.
1º - Medidas sempre envolvem uma comparação.
Quando dizemos que uma pessoa tem dois metros de altura, estamos na verdade dizendo que essa pessoa é duas vezes
maior do que um objeto de referência que tenha um metro de altura, sendo o metro um exemplo de unidade de medida.
Tanto o número como a unidade são partes essenciais da medida, pois a unidade dá ao valor numérico um sentido de
tamanho.
! Criança medindo sua altura | Fonte: Shutterstock Por Yuganov Konstantin
Atenção
Se alguém disser que a distância entre dois pontos é 25, você naturalmente perguntará: “25 o quê?” A
distância pode ser 25 centímetros, 25 metros, 25 quilômetros ou 25 de qualquer outra unidade que seja
usada para expressar distância. Um número sem uma unidade é realmente algo sem sentido.
2º - Medidas sempre envolvem incerteza.
Elas não são exatas. O ato da medição envolve algum tipo de estimativa, e tanto o observador como os instrumentos usados
para fazer a medida têm limitações físicas inerentes. Em consequência, medidas sempre incluem alguma imprecisão que pode
ser minimizada, mas nunca completamente eliminada.
Dimensões ​– São os conceitos básicos de medida, tais como:
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1
Comprimento
2
Tempo
3
Massa
4
Temperatura
Unidades – São os meios de expressar as dimensões, entre outros:
1
Metro (m) ou pé
(ft) para
comprimento;
2
Horas (h) ou
segundos (s) para
tempo.
Nas ciências, empregam-se unidades baseadas no sistema métrico decimal. A vantagem de se trabalhar com unidades
métricas é que a conversão em medidas maiores ou menores pode ser feita simplesmente movendo-se uma vírgula decimal,
porque os múltiplos e submúltiplos das unidades estão relacionados por potências de 10.
Como diferentes pesquisadores e países se utilizavam de unidades de medida
diferentes, havia um grande problema em todas as pesquisas/comunicações
internacionais. Elaborar um sistema de unidades-padrão foi essencial para que as
medidas fossem feitas com consistência.
O Sistema Internacional de Unidades
O sistema métrico original foi simpli[cado e hoje é denominado Sistema Internacional de Unidades, abreviado como SI a
partir do nome em francês, Le Système International d’Unités.
O SI é hoje o sistema de unidades dominante na Ciência e na Engenharia, embora algumas unidades métricas mais antigas
ainda sejam usadas.
O SI é fundamentado em um conjunto de unidades básicas associadas a sete grandezas fundamentais mensuráveis:
"Clique nos botões para ver as informações.
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Um metro corresponde ao espaço linear percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de 1/299.792.458 de segundo.
O metro (m) é ligeiramente maior que uma jarda (1 jarda tem 36 polegadas, enquanto 1 metro tem 39,37 polegadas).
Unidade de comprimento !
O quilograma (kg), de[nido como a massa de um cilindro de metal guardado no Bureau Internacional de Pesos e Medidas,
em Sèvres, França, é uma medida de massa, uma grandeza diferente de peso. A massa de um objeto é uma medida da
quantidade de matéria nele contida, enquanto o peso de um objeto é uma medida da atração gravitacional sobre sua
matéria.
Unidade de massa !
O Bureau Internacional de Pesos e Medidas originalmente de[niu o segundo em termos do dia e do ano, mas um segundo
agora é de[nido mais precisamente como a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição
entre os dois níveis hiper[nos do estado fundamental do átomo de césio -133.
Unidade de tempo !
O ampère é a intensidade de uma corrente constante que, mantida entre dois condutores paralelos, retilíneos, de
comprimento in[nito, de seção circular desprezível e colocados à distância de um metro um do outro, no vácuo, produziria
entre esses condutores uma força igual a 2.10 N/m.
Unidade de intensidade de corrente elétrica !
-7
A candela é a intensidade luminosa de uma fonte que emite uma radiação monocromática de frequência 540x10 Hz,
cuja intensidade energética numa dada direção é 1/683 watt por esferorradiano.
Unidade de intensidade luminosa !
-12
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O Kelvin (K) é a unidade para temperatura utilizada no SI.
A temperatura de uma amostra de matéria é uma medida da energia cinética média — a energia devida ao movimento —
dos átomos ou das moléculas que constituem a amostra. As moléculas em um copo de água quente estão, em média, se
movendo mais rápido que as moléculas em um copo de água fria. A temperatura é uma medida desse movimento de
moléculas.
A escala Kelvin (às vezes também chamada de escala absoluta) evita temperaturas negativas atribuindo 0ºK à
temperatura mais baixa possível, o zero absoluto. Zero absoluto (–273ºC ou –459ºF) é a temperatura na qual o
movimento molecular praticamente cessa. Temperaturas mais baixas não existem. A amplitude da escala Kelvin é
idêntica à da escala Celsius, diferenciando-se apenas na temperatura que cada escala atribui como zero.
Você pode converter entre as escalas de temperatura com as seguintes fórmulas:
Unidade de temperatura termodinâmica !
! Disponível em: Slide Player
<https://slideplayer.com.br/slide/46613/1/images/8/temperatura+na+qual+a+%C3%A1gua+entra
+em+ebuli%C3%A7%C3%A3o%2C+sob+press%C3%A3o+normal..jpg> . Acesso em: 7 fev. 2019.
O mol é a quantidade de matéria de um sistema contendo tantas partículas elementares quantos os átomos que existem
em 0,012 quilograma de carbono 12. Quando se utiliza o mol, devemos especi[car as entidades elementares, as quais
podem ser:
Átomos;
Moléculas;
Íons;
Elétrons;
Outras partículas ou agrupamentos.
Unidade de quantidade de matéria !
A tabela unidades básicas apresenta as dimensões, as unidades que a representam e os símbolos:
https://slideplayer.com.br/slide/46613/1/images/8/temperatura+na+qual+a+%C3%A1gua+entra+em+ebuli%C3%A7%C3%A3o%2C+sob+press%C3%A3o+normal..jpg
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Unidades básicas
Dimensão Unidade Símbolo
Comprimento metro (SI)
centímetro ( CGS )
pé (Sist. inglês)
m
cm
ft
Massa quilograma (SI)
grama (CGS)
libra (Sist. inglês)
kg
g
lb
Mols grama-mol (SI)
libra-mol (Sist. Inglês)
mol ou g-mol
lb-mol
Tempo segundo (SI) s
Temperatura Kelvin (SI)
Celsius
Rankine (Sist. Inglês)
Fahrenheit
K
°C
°R
°F
Corrente elétrica Ampère A
Intensidade de luz candela cd
1
Multiplicadores Decimais
Às vezes as unidades básicas ou são muito grandes ou são muito pequenas para serem usadas convenientemente. Por
exemplo, o metro não é convenientepara expressar o tamanho de objetos muito pequenos, tais como bactérias. O SI resolve
esse problema permitindo a construção de unidades maiores ou menores pela aplicação de multiplicadores decimais às
unidades básicas.
Quando o nome de uma unidade é precedido por um desses pre[xos, o tamanho da unidade é modi[cado pelo multiplicador
decimal correspondente. Por exemplo, o pre[xo quilo indica um fator de multiplicação de 10 , ou 1000. Logo, um quilômetro é
uma unidade de comprimento igual a 1000 metros.
3
Exemplo
O símbolo de quilômetro (km) é formado pela junção do símbolo que signi[ca quilo (k) com o símbolo de
metro (m). Assim, 1km = 1000m (ou 1km = 10 m). Da mesma forma, um decímetro (dm) é 1/10 de um
metro, de modo que 1dm = 0,1m (1dm = 10 m).
De modo semelhante, o milímetro tem o pre[xo mili que signi[ca 0,001 ou 10 . 1 milímetro = 0.001
metro = 10 metros
3
–1
–3
−3
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Unidades Múltiplas
Nas medidas cientí[cas, todas as grandezas
físicas têm unidades que são uma combinação
das sete básicas do SI. Por exemplo, não há no
SI uma unidade básica para área, mas sabemos
que, para calcular uma área, basta
multiplicarmos o comprimento pela largura.
#
Portanto, a unidade para área é obtida ao
multiplicarmos a unidade para comprimento
pela unidade para largura. O comprimento e a
largura são medidas que têm como unidade
básica no SI o metro (m).
Veja a seguir a tabela que apresenta as Unidades Múltiplas:
Unidades Múltiplas
tera (T) 10 centi (c) 10
giga (G) 10 mili (m) 10
mega (M) 10 micro (µ) 10
quilo (k) 10 nano (n) 10
12 -2
9 -3
6 -6
3 -9
Unidades derivadas do SI
Uma unidade derivada é uma combinação de outras unidades. Por exemplo, a unidade do SI para velocidade é metros por
segundo (m/s), uma unidade derivada. Observe que essa unidade é formada a partir de outras duas unidades do SI — metros e
segundos — reunidas.
Comentário
Você provavelmente está mais familiarizado com velocidade quilômetros/hora, que é um exemplo de
unidade derivada. Outras duas unidades derivadas comuns são as de volume (a unidade básica do SI é
m ) e massa especí[ca (a unidade básica do SI é kg/m ).3 3
UNIDADES DERIVADAS
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GRANDEZA NOME SÍMBOLO
Superfície Metro quadrado m
Volume Metro cúbico m
Velocidade Metro por segundo m/s
Aceleração Metro por segundo ao quadrado m/s
Número de ondas Metro à potência menos um m
Massa específica Quilograma por metro cúbico Kg/m
Velocidade angular Radiano por segundo rad/s
Aceleração angular Radiano por segundo ao quadrado rad/s
2
3
2
-1
3
2
Volume é uma medida de espaço. Qualquer unidade de comprimento,
quando elevada ao cubo (elevada à terceira potência), torna-se uma unidade
de volume. O metro cúbico (m ), o centímetro cúbico (cm ) e o milímetro
cúbico (mm ) são unidades de volume.
$
Densidade (d) de uma substância é a razão entre a sua massa (m) e o seu
volume (V): d = m / V
3 3
3
Atenção
O m da equação de massa especí[ca está em itálico, indicando que ele quer dizer massa ao invés de
metros. Em geral, os símbolos das unidades como metros (m), segundos (s) ou kelvins (K) aparecem em
tipo normal, enquanto os de variáveis como massa (m), volume (V) e tempo (t) aparecem em itálico.
Conversões de unidade de medida
Grandezas físicas podem ser comparadas apenas quando expressas com a mesma unidade. Caso contrário, uma conversão
de unidades é necessária.
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Conversão de comprimento:
! Disponível em: Campus do Sertão
<http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf>
. Acesso em: 7 fev. 2019.
Exemplo
Converta as unidades:
a) 10Km em dam.
Resposta:
10Km X 100dam / 1Km = 1000dam
b) 25mm em dm.
Resposta:
25mm X 1dm / 100mm =
0,25dm = 2,5.10 dm-1
Conversão de área:
! Disponível em: Campus do Sertão
<http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf>
. Acesso em: 7 fev. 2019.
Exemplo
Calcule a área do terreno abaixo:
Solução: como as medidas estão expressas
em unidade diferentes, para calcularmos a
área do terreno devemos realizar a
mudança.
3300cm x 1m/100cm = 33m
Área do terreno = 33m x 40m = 1320m2
Conversão de volume:
http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf
http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf
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! Disponível em: Campus do Sertão
<http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf>
. Acesso em: 7 fev. 2019.
Exemplo
Um recipiente possui 3L de solução de
glucose. Após um certo tempo fervendo,
notou-se a redução de 400cm em seu
volume.
Quantos metros cúbicos [caram no
recipiente?
Antes de calcular a variação nos volumes,
devemos igualar as unidades:
3L x 1m / 10 L = 3. 10 m
400cm x 1m / 10 cm =
400.10 m = 0,4 .10 m
(3 – 0,4) . 10 = 2,6.10 m
3
3 3 -3 3
3 3 6 3
-6 3 -3 3
-3 -3 3
Conversão do tempo:
! Disponível em: Campus do Sertão
<http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf>
. Acesso em: 7 fev. 2019.
Exemplo
Converter:
a) 22.200 segundos em minutos:
22.200s x 1min / 60s = 370min
b) 1 dia em segundos:
1 dia = 24 horas
1 hora ------ 60 minutos
24 horas --- x minutos
x = 24 x 60 = 1440 minutos
1 minuto -------- 60s
1440 minutos – y
y = 1440 x 60 = 86400s
Conversão de Massa:
http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf
http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf
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! Disponível em: Campus do Sertão
<http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf>
. Acesso em: 7 fev. 2019.
Atividade
Questão 1 - (ITA 2006) Uma gota do ácido CH (CH ) COOH se espalha sobre a superfície da água até formar uma camada de
moléculas cuja espessura se reduz à disposição ilustrada na [gura. Uma das terminações desse ácido é polar, visto que se
trata de uma ligação O-H da mesma natureza que as ligações (polares) O-H da água. Essa circunstância explica a atração entre
as moléculas de ácido e da água. Considerando o volume 1,56.10 m da gota do ácido, e seu [lme com área de 6,25.10 m ,
assinale a alternativa que estima o comprimento da molécula do ácido.
3 2 16
-10 3 -2 2
http://www.campusdosertao.ufal.br/pet/petengenharias/preenem/files/aulas/Aula_Grandezas_Unidades_Medida_Escala.pdf
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Página 13 de 14http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0073/aula1.html
a) 0,25.10 m-9
b) 0,40.10 m-9
c) 2,50.10 m-9
d) 4,00.10 m-9
e) 25,0.10 m-9
Questão 2 - Em um laboratório de bioquímica, o técnico usa uma caixa que mede 1,5cm X 40m X 22mm para guardar placas
de Petri quebradas. Qual o volume dessa caixa?
a) 132 litros
b) 23,10.10 litros4
c) 1320 x 10 litros-2
d) 2310 x 10 litros-4
e) 132,0 x 10 litros-2
Questão 3 - Converter 1cm/s em km/ano :2 2
a) 9,95.10 km/ano9 2
b) 99,5.10 km/ano9 2
c) 995.10 km/ano9 2
d) 9,95.10 km/ano10 2
e) 99,5.10 km/ano10 2
Notas
CGS 1
Centímetro-Grama-Segundo.
Referências
26/03/2020 12(12Estácio - Disciplina online
Página 14 de 14http://estacio.webaula.com.br/cursos/go0073/aula1.htmlJESPERSEN, Neil D. Química: a natureza molecular da matéria. v. 1. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017.
ATKINS, Peter. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.
SANTOS, Paulo Roberto da Fonseca (coord.). O sistema internacional de unidades. Disponível em:
http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/sistema_internacional_de_unidades_suplemento_2014-2016-Jan.pdf
<http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/sistema_internacional_de_unidades_suplemento_2014-2016-Jan.pdf> .
Acesso em: 7 fev. 2019.
Próxima aula
Modelos atômicos;
Teorias defendidas pelos cientistas;
Principais estados físicos da matéria e as mudanças de estado;
Substância pura e mistura;
Constituição do átomo e distribuição eletrônica.
Explore mais
O Sistema Internacional de Unidades (SI): passado, presente e futuro <http://licenciaturaciencias.usp.br/wp-
content/uploads/2010/11/view.pdf>
Sistema Internacional de Unidades (SI) <https://www.youtube.com/watch?v=752KWWVH_VU> - Brasil Escola.
Transformações de Unidades de Medida no Enem <https://www.youtube.com/watch?v=DJy93yz_wio> - Brasil Escola.
http://www.inmetro.gov.br/inovacao/publicacoes/sistema_internacional_de_unidades_suplemento_2014-2016-Jan.pdf
http://licenciaturaciencias.usp.br/wp-content/uploads/2010/11/view.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=752KWWVH_VU
https://www.youtube.com/watch?v=DJy93yz_wio