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1 Universidade Federal do Paraná (UFPR) 3.3.1.1 Aspectos macroscópicos da Química ....................................................................................... 1 3.3.1.2 Estrutura da matéria e teoria atômica ..................................................................................... 43 3.3.1.3 Classificação periódica e propriedades dos elementos e seus compostos ............................. 54 3.3.1.4 Ligação química ..................................................................................................................... 69 3.3.1.5 Ácidos e bases ....................................................................................................................... 83 3.3.1.6 Estequiometria química ........................................................................................................ 111 3.3.1.7 Unidades e grandezas em Química ..................................................................................... 127 3.3.1.8 Soluções, propriedades coligativas e forças intermoleculares .............................................. 133 3.3.1.9 Termoquímica ...................................................................................................................... 158 3.3.1.10 Equilíbrio químico ............................................................................................................... 166 3.3.1.11 Cinética química ................................................................................................................. 186 3.3.1.12 Eletroquímica ..................................................................................................................... 195 3.3.1.13 Estrutura dos compostos de carbono ................................................................................. 209 3.3.1.14 Isomeria em Compostos Orgânicos ................................................................................... 249 3.3.1.15 Ocorrência e obtenção de compostos orgânicos e suas propriedades principais ............... 260 Candidatos ao Vestibular, O Instituto Maximize Educação disponibiliza o e-mail professores@maxieduca.com.br para dúvidas relacionadas ao conteúdo desta apostila como forma de auxiliá-los nos estudos para um bom desempenho na prova. As dúvidas serão encaminhadas para os professores responsáveis pela matéria, portanto, ao entrar em contato, informe: • Apostila (universidade); • Disciplina (matéria); • Número da página onde se encontra a dúvida; e • Qual a dúvida. Caso existam dúvidas em disciplinas diferentes, por favor, encaminhá-las em e-mails separados. O professor terá até cinco dias úteis para respondê-la. Bons estudos! Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 1 Caro(a) candidato(a), antes de iniciar nosso estudo, queremos nos colocar à sua disposição, durante todo o prazo do concurso para auxiliá-lo em suas dúvidas e receber suas sugestões. Muito zelo e técnica foram empregados na edição desta obra. No entanto, podem ocorrer erros de digitação ou dúvida conceitual. Em qualquer situação, solicitamos a comunicação ao nosso serviço de atendimento ao cliente para que possamos esclarecê-lo. Entre em contato conosco pelo e-mail: professores @maxieduca.com.br Substâncias e Misturas As substâncias químicas correspondem a moléculas, que podem ser representadas por fórmulas, como a água, H2O. Estas são formadas por elementos químicos, ou seja, aqueles que são encontrados na tabela periódica. Analisando-se o exemplo da própria água, tem-se que, tanto o Hidrogênio como o Oxigênio, estão na tabela periódica, nas famílias 1 e 8, respectivamente. Substância Pura Uma substância pura é exatamente o que o termo indica: uma única substância com composição característica e definida e com um conjunto definido de propriedades, isto é, que possuem composição fixa. Exemplos de substâncias puras são: a água, o sal, o ferro, o açúcar comestível e o oxigênio. Nas substâncias puras o ponto de fusão e ebulição ocorrem em temperaturas constantes: As substâncias puras podem ser classificadas como simples ou compostas. -Substância simples As substâncias formadas por um ou mais átomos de um mesmo elemento químico é classificada como substância pura simples ou, simplesmente, substância simples. -Substância composta Quando as moléculas de determinada substância são formadas por dois ou mais elementos químicos, ela é classificada como substância pura composta ou, simplesmente, substância composta. 3.3.1.1 Aspectos macroscópicos da Química Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 2 Símbolos e fórmulas -Símbolos: representa um elemento químico -Fórmula: representa uma substância pura, simples ou composta. Exemplos: -O é o símbolo do elemento químico oxigênio -O2 é a fórmula da substância simples oxigênio -O3 é a fórmula da substância simples ozônio Misturas Uma mistura é um sistema formado por duas ou mais substâncias puras, denominadas componentes. Em uma mistura o fusão e/ou ebulição não ocorrem em temperaturas constantes. A temperatura varia durante a fusão ou durante a ebulição, ou durante ambas. Estas não possuem ponto de fusão e ponto de ebulição, e sim intervalo de fusão e intervalo de ebulição: Existem misturas que, como exceção, comportam-se como se fossem substâncias puras durante a fusão: são as chamadas misturas eutéticas. Exemplo: algumas ligas metálicas, dentre elas a solda usada em eletrônica (37% de chumbo e 63% de estanho). Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 3 Por outro lado, também existem misturas que, como exceção, comportam-se como se fossem substâncias puras durante o processo de ebulição; são chamadas de misturas azeotrópicas. Exemplo: água e álcool na proporção de 4% de água e 96% de álcool Uma vez que as misturas apresentam composição variável, têm também propriedades — como ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade — diferentes daquelas apresentadas pelas substâncias quando estudadas separadamente. Tipos de misturas As misturas podem ser classificadas em homogêneas e heterogêneas. A diferença entre elas é que a mistura homogênea é uma solução que apresenta uma única fase enquanto a heterogênea pode apresentar duas ou mais fases. Fase é cada porção que apresenta aspecto visual uniforme. Misturas homogêneas Nesse tipo de mistura não há superfícies de separação visíveis entre seus componentes, mesmo que a observação seja realizada a nível de um microscópio eletrônico. Exemplo: Solução de água e açúcar As misturas homogêneas são normalmente chamada de solução Misturas heterogêneas As misturas heterogêneas são aquelas em que são possíveis as distinções de fases (regiões visíveis da mistura onde se encontram os componentes), formada por duas ou mais fases. As substâncias podem ser diferenciadas a olho nu. Exemplos: - água + óleo - granito - água + enxofre - água + areia + óleo Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 4 Sistema homogêneo e Heterogêneo: Fases Sistema homogêneo Apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinado. Pode ser um mistura (solução) ou uma substância pura. Sistema heterogêneo É aquele que apresenta mais de uma fase, ou seja, não possui um aspecto uniforme, é descontínuo. Os sistemas heterogêneos também podem ser constituídos de substâncias puras. Por exemplo, água + gelo: os componentes são os mesmos, mas, por estarem em estados físicos diferentes, apresentam aspecto heterogêneo. Exemplos: Substância pura Fases: São diferentes porções homogêneas, limitadas por superfícies de separação visíveis (com ou sem aparelhos de aumento), que constituem um sistema heterogêneo.Um sistema homogêneo apresenta sempre uma única fase, isto é, constitui um sistema monofásico. Entretanto, sistema heterogêneo constitui sempre um sistema polifásico (muitas fases), que pode ser bifásico, trifásico, tetrafásico e etc. Processos de separação de misturas Análise imediata Na natureza, raramente encontramos substâncias puras. Assim, para obtermos uma determinada substância, é necessário usar métodos de separação. O conjunto de processos físicos que não alteram a natureza das substâncias é denominado análise imediata. Para cada tipo de mistura — heterogênea ou homogênea — usamos métodos diferentes. Decantação Processo utilizado para separar dois tipos de misturas heterogêneas. Substância pura Mistura homogênea Mistura homogênea Informações importantes: -Uma mistura de vários gases constitui sempre um sistema monofásico -Uma mistura de n sólidos constitui um sistema com n fases na maioria das vezes. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 5 a) Líquido e sólido A fase sólida (barro), por ser mais densa, sedimenta-se, ou seja, deposita-se no fundo do recipiente, e a fase líquida pode ser transferida para outro frasco. A decantação é usada, por exemplo, nas estações de tratamento de água b) Líquido e líquido Separa líquidos imiscíveis (exemplo: água e óleo) com a utilização de um funil de decantação. Após a decantação, abre-se a torneira, deixando passar o líquido mais denso. Centrifugação A centrifugação é uma maneira de acelerar o processo de decantação envolvendo sólidos e líquidos realizada num aparelho denominado centrífuga. Na centrífuga, devido ao movimento de rotação, as partículas de maior densidade, por inércia, são arremessadas para o fundo do tubo. Filtração É utilizada para separar substâncias presentes em misturas heterogêneas envolvendo sólidos e líquidos. -Filtração simples: A fase sólida é retida no papel de filtro, e a fase líquida é recolhida em outro frasco. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 6 -Filtração a vácuo: A água que entra pela trompa d’água arrasta o ar do interior do frasco, diminuindo a pressão interna do kitassato, o que torna a filtração mais rápida. Destilação É utilizada para separar cada uma das substâncias presentes em misturas homogêneas envolvendo sólidos dissolvidos em líquidos e líquidos miscíveis entre si. -Destilação Simples: Na destilação simples de sólidos dissolvidos em líquidos, a mistura é aquecida, e os vapores produzidos no balão de destilação passam pelo condensador, onde são resfriados pela passagem de água corrente no tubo externo, se condensam e são recolhidos no erlenmeyer. A parte sólida da mistura, por não ser volátil, não evapora e permanece no balão de destilação -Destilação fracionada: Na destilação fracionada, são separados líquidos miscíveis cujas temperaturas de ebulição (TE) não sejam muito próximas. Durante o aquecimento da mistura, é separado, inicialmente, o líquido de menor TE; depois, o líquido com TE intermediária, e assim sucessivamente, até o líquido de maior TE. À aparelhagem da destilação simples é acoplada uma coluna de fracionamento. Conhecendo- se a TE de cada líquido, pode-se saber, pela temperatura indicada no termômetro, qual deles está sendo destilado. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 7 Ventilação Esse método é usado, por exemplo, para separar a palha do grão de arroz. É aplicada uma corrente de ar, e a palha, que é mais leve, voa. Tamisação Feita com uma peneira muito fina chamada tamise, separa sólidos maiores dos menores. Ex: cascalhos e pequenas pedras preciosas. Sublimação As substâncias participantes desse processo podem ser separadas das impurezas através da sublimação e posterior cristalização. Separação Magnética É um método que utiliza a força de atração do ímã para separar materiais metálicos ferromagnéticos dos demais. Uma mistura de limalha (pó) de ferro com outra substância, pó de enxofre, por exemplo, pode ser separada com o emprego de um ímã. Aproximando o ímã da mistura, a limalha de ferro prende-se a ele, separando-se do enxofre. Liquefação fracionada Separa gases com pontos de fusão diferentes. Nesse processo um dos gases se liquefaz primeiro, podendo assim ser separado do outro gás. Cromatografia em papel Esta técnica é assim chamada porque utiliza para a separação e identificação das substâncias ou componentes da mistura a migração diferencial sobre a superfície de um papel de filtro de qualidade especial (fase estacionária). A fase móvel pode ser um solvente puro ou uma mistura de solventes. Este método é muito útil para separar substâncias muito polares, como açúcares e aminoácidos. Possui o inconveniente de poder-se cromatografar poucas quantidades de substância de cada vez. A cromatografia funciona graças ao fato das moléculas possuírem uma propriedade chamada polaridade em comum e tenderem a se atrair mutuamente. Uma molécula polar é simplesmente aquela que possui uma região rica em elétrons e uma outra região que é pobre em elétrons. Estas regiões às vezes são representadas como sendo negativamente e positivamente carregadas, respectivamente. Moléculas polares são unidas por forças de atração entre cargas opostas de moléculas diferentes. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 8 Moléculas de água têm regiões ricas em elétrons nos átomos de oxigênio e regiões pobres em elétrons nos átomos de hidrogênio. Assim, as moléculas de água são polares e, por conseguinte, organizam-se de maneira que a região de carga positiva de uma molécula é atraída pela região de carga negativa de outra. Estas interações provêem uma explicação para o elevado ponto de ebulição da água. A água (H2O) é uma molécula muito mais simples que o etanol (H3C-H2C-OH), mas tem um ponto de ebulição muito mais alto - etanol = 46ºC; água =100ºC, 1atm Assim, as duas amostras da mesma molécula (uma conhecida, usada como padrão, e outra desconhecida) são analisadas sob condições idênticas, ambas terão o mesmo Rf Esta razão será também diferente (de forma ideal) do Rf de qualquer outra molécula presente na mistura, suportando, desta forma, a identificação do desconhecido. Um princípio básico dos processos cromatográficos é que uma diferença de Rf é considerada como prova de que as amostras são diferentes, entretanto valores idênticos apenas suportam a identidade dos compostos, porque duas diferentes estruturas podem ter o mesmo Rf sob um determinado conjunto de condições. A cromatografia em papel é uma das técnicas mais simples e que requerem menos instrumentos para realização, porém também apresenta as maiores restrições para realização em termos analíticos. As técnicas cromatográficas são essenciais para a separação de substâncias puras de misturas complexas e são amplamente utilizadas nas análises de alimentos, drogas, sangue, produtos derivados de petróleo e produtos de fissão nuclear. Extração Líquido-Líquido A extração líquido-líquido (ELL) é um processo de separação que se utiliza da propriedade de miscibilidade de líquidos. Por exemplo, em uma situação onde temos dois líquidos, A e B, miscíveis entre si, e queremos separar A de B, podemos usar um terceiro líquido, C, que seja mais miscível com A do que com B (veja figura). A separação entre o extrato, A e C, e o refinado, A e B, é feita com uma ampola de decantação ou um funil de separação. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 9 A ELL (extração líquido-líquido) ou extração é empregada como alternativa a outros processos de separação, quando estes não são recomendáveis ou não são viáveis. Além disso, pode ser realizado à temperatura ambiente ou temperaturamoderada; existe ainda a possibilidade de utilização de solventes com boa capacidade de extração ou seletivos; como também possibilita controle de pH, força iônica e temperatura, de forma a evitar a desnaturação de enzimas e proteínas (sistemas aquosos bifásicos de biomoléculas); Extração de Produtos Naturais a partir de Vegetais Esse método de extração de substâncias é usado em uma área da Química, denominada “Química de Produtos Naturais”. Quando um químico deseja saber quais substâncias uma determinada planta contém, ele submete partes da planta (caule, folhas, casca) a um tratamento com solventes de polaridades diversas e analisa, posteriormente, as substâncias extraídas. Por outro lado, quando se deseja extrair de uma determinada planta uma substância que se conhece, o tratamento é feito com um solvente no qual a substância é muito mais solúvel. Esse processo também retira da planta outras substâncias e o químico tem que executar então, processos para purificar a substância desejada. Extração por Solventes A Extração com solventes é uma técnica relativamente moderna, usada para obter maior rendimento ou produtos que não podem ser obtidos por nenhum outro processo. As plantas são imersas no solvente adequado acetona ou qualquer outro derivado do petróleo e a separação realiza-se quimicamente, pela destilação em temperaturas especiais que causam somente a condensação do óleo e não dos solventes. Neste caso, os óleos obtidos geralmente não são usados em aromaterapia, pois geralmente contêm vestígios do solvente. A Extração com solventes consiste basicamente na transferência de íons, específicos, de uma solução pouco concentrada para outra, mais concentrada, por meio de um fenômeno de um soluto de distribuir entre dois solventes imiscíveis, em contato. Questões 01. (UFMG) Uma amostra de uma substância X teve algumas de suas propriedades determinadas. Todas as alternativas apresentam propriedades que são úteis para identificar essa substância, exceto: (A) densidade (B) massa da amostra (C) solubilidade em água (D) temperatura de fusão (E) temperatura de ebulição 02. Um copo contém uma mistura de água, acetona, cloreto de sódio e cloreto de prata. A água, a acetona e o cloreto de sódio estão numa mesma fase líquida, enquanto que o cloreto de prata se encontra numa fase sólida. Descreva como podemos realizar, em um laboratório de química, a separação dos componentes desta mistura. De sua descrição devem constar as etapas que você empregaria para realizar esta separação, justificando o(s) procedimento(s) utilizado(s). 03. (UFAC) Com relação às substâncias O2, H2, H2O, Pb, CO2, O3, CaO e S8, podemos afirmar que: (A) todas são substâncias simples. (B) somente O2, H2 e O3 são substâncias simples. (C) todas são substâncias compostas. (D) somente CO2, CaO e S8 são substâncias compostas. (E) as substâncias O2, H2, Pb, O3 e S8 são simples 04. Duas amostras de uma solução aquosa de CuSO4, de coloração azul, foram submetidas, respectivamente, às seguintes operações: I. filtração através de papel de filtro; II. destilação simples. Qual é a coloração resultante: A) do material que passou pelo filtro na operação I? B) do produto condensado na operação II? Justifique suas respostas. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 10 05. Dos materiais abaixo, quais são misturas e quais são substâncias puras? Dentre as substâncias puras, quais são simples e quais são compostas? Água dos rios; Ferro; Aço; Gás carbônico; Salmoura; Refrigerante; Leite; Metano; Vinagre; Ouro 18 quilates; Amálgama (liga de mercúrio, prata e zinco); Gasolina; Ar atmosférico; Etanol anidro; Água destilada; Gás nitrogênio; Cobre; Gás oxigênio. 06. (CEFET-PR) Para um químico, ao desenvolver uma análise, é importante verificar se o sistema com o qual está trabalhando é uma substância pura ou uma mistura. Dependendo do tipo de mistura, podemos separar seus componentes por diferentes processos. Assinale a alternativa que apresenta o método correto de separação de uma mistura. (A) Uma mistura homogênea pode ser separada através de decantação. (B) A mistura álcool e água pode ser separada por filtração simples. (C) A mistura heterogênea entre gases pode ser separada por decantação. (D) Podemos afirmar que, ao separarmos as fases sólidas e líquida de uma mistura heterogênea, elas serão formadas por substâncias puras. (E) O método mais empregado para a separação de misturas homogêneas sólido-líquido é a destilação. 07 (Fuvest-SP) Para a separação das misturas: gasolina-água e nitrogênio-oxigênio, os processos mais adequados são respectivamente: (A) decantação e liquefação. (B) sedimentação e destilação. (C) filtração e sublimação. (D) destilação e condensação. (E) flotação e decantação. 08. (UFPE) Associe as atividades do cotidiano abaixo com as técnicas de laboratório apresentadas a seguir: • Preparar cafezinho com café solúvel • Preparar chá de saquinho • Coar um suco de laranja 1. Filtração 3. Extração 2. Solubilização 4. Destilação A sequência correta é: (A) 2, 3 e 1. (B) 4, 2 e 3. (C) 3, 4 e 1. (D) 1, 3 e 2. (E) 2, 2 e 4. 09. (UFPR) O processo de destilação é importante para a separação de misturas. Assinale a alternativa correta sobre o processo de destilação da água. (A) Na passagem do líquido, ocorre a quebra das ligações covalentes entre os átomos de hidrogênio e de oxigênio. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 11 (B) A temperatura de ebulição varia durante a destilação da água. (C) A fase vapor é constituída por uma mistura dos gases hidrogênio e oxigênio. (D) A temperatura de ebulição depende da pressão atmosférica local. (E) A temperatura de ebulição depende do tipo de equipamento utilizado no processo. 10. (PUC RJ) A despeito dos sérios problemas ambientais, o mercúrio é ainda muito utilizado nos garimpos devido à sua singular capacidade de dissolver o ouro, formando com ele um amálgama. Em muitos garimpos, o ouro se encontra na forma de partículas dispersas na lama, ou terra, dificultando assim a sua extração. Nestes casos, adiciona-se mercúrio à bateia, forma-se o amálgama (que não se mistura com a lama) e, em seguida, é feita a sua separação. Após separado da lama, o amálgama é aquecido com um maçarico até a completa evaporação do mercúrio, restando assim apenas o ouro. Sobre a temática apresentada, é INCORRETO afirmar que: (A) o mercúrio é um metal líquido a 25 °C e 1 atm de pressão. (B) a diferença nas temperaturas de ebulição é aproveitada para separar o mercúrio do ouro, já que estes não formam mistura eutética. (C) mercúrio e ouro formam um sistema heterogêneo. (D) a separação do sistema amálgama-lama constitui um processo físico. (E) os vapores de mercúrio eliminados durante a última etapa da extração podem contaminar os garimpeiros e também os ecossistemas em torno do garimpo. Respostas 01. Resposta B A massa é uma propriedade que independe da natureza do material. 02. Resposta: No primeiro passo devemos fazer uma filtração comum, retendo o AgCl(s) no filtro; em seguida, aqueceríamos a mistura em um aparelho de destilação separando a acetona primeiro e só em seguida a água do sal. 03. Resposta E. 04. Resposta: A) As soluções são materiais homogêneos e o papel de filtro não retém nenhuma substância, portanto o material que passou pelo filtro conserva a coloração azul da solução. B) Pela destilação simples, a água passa para vapor, sendo condensada a seguir. O produto condensado. Portanto, é incolor. 05. Resposta: Água dos rios: mistura Ferro: substância pura simples Aço: mistura Gás carbônico: substância pura composta Salmoura: mistura Refrigerante: mistura Leite: mistura Metano: substância pura composta Vinagre: mistura Ouro 18 quilates: mistura Amálgama(liga de mercúrio, prata e zinco): mistura Gasolina: mistura Ar atmosférico: mistura Etanol anidro: substância pura composta Água destilada: substância pura composta Gás nitrogênio: substância pura simples Cobre: substância pura simples Gás oxigênio: substância pura simples Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 12 06. Resposta E. a) Incorreta. A decantação é uma técnica empregada para separar misturas heterogêneas do tipo sólido-líquido. b) Incorreta. O álcool e a água são líquidos miscíveis que não se separam por técnicas físicas como a filtração simples. Nesse caso, são necessárias técnicas químicas como a destilação fracionada. c) Incorreta. Vide letra a. d) Incorreta. Não podemos afirmar que, ao separarmos as fases sólida e líquida de uma mistura heterogênea, elas serão formadas por substâncias puras, porque, por exemplo, o líquido pode, na verdade, ser uma mistura homogênea, como álcool e água, e não um líquido puro. e) Correta. A destilação simples é o método mais empregado para a separação de misturas homogêneas sólido-líquido. 07. Resposta A A gasolina e a água são líquidos praticamente insolúveis e podem ser separados por decantação, por exemplo, em um funil de bromo. O oxigênio e o nitrogênio são separados por liquefação e posterior destilação fracionada. 08. Resposta A No preparo do café, você solubiliza-o em água, o conteúdo do chá de saquinho é extraído com a ajuda da água quente, e as partes indesejáveis da laranja, no caso as sementes, são filtradas para o preparo do suco. 09. Resposta D. 10. Resposta C. O mercúrio é o único metal que dissolve o ouro, por isso é usado nos garimpos. Ele separa o ouro da ganga, ou seja, as rochas onde o metal está incrustado. Quando se põe a ganga em contato com o mercúrio, só o ouro se dissolve. Depois, a solução de ouro é separada do material sólido por um processo de decantação. Restando, então, ouro e mercúrio que, submetidos a destilação (a mistura é aquecida e o mercúrio evapora) se separam. Alotropia1 Uma substância simples é aquela que apresenta apenas um elemento químico, como por exemplo, o gás oxigênio O2. Quando uma substância simples varia o número de átomos, ou sua estrutura cristalina, outra substância é formada e a este fenômeno atribuímos o nome de Alotropia. Em síntese a Alotropia ocorre quando um elemento químico forma duas ou mais substâncias simples diferentes. Quando tratamos de formas alotrópicas obtidas a partir da variação na atomicidade devemos lembrar do gás oxigênio e do gás ozônio. Suas fórmulas são O2 e O3 respectivamente, havendo a variação de um átomo de oxigênio entre eles. Esta variação lhes confere propriedades diferentes e ao mesmo tempo essenciais para o funcionamento da vida na Terra, pois o gás oxigênio é necessário para a respiração e o gás ozônio é um dos responsáveis pela proteção contra os raios ultravioleta sendo encontrado na camada que inclusive leva o seu nome, a camada de ozônio. O enxofre é um elemento que possui variações alotrópicas, as principais são: enxofre ortorrômbico, ou apenas rômbico e enxofre monoclínico. As estruturas das moléculas ocorrem em forma de anel com oito átomos de enxofre (S8), porém possuem arranjos diferentes entre si originando assim diferentes cristais. O enxofre rômbico e o monoclínico são encontrados em regiões vulcânicas e utilizados para obtenção de ácido sulfúrico (H2SO4) industrialmente, bem como fazem parte da composição de fertilizantes. 1 Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/alotropia/> Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 13 Diamante. Foto: everything possible / Shutterstock.com Grafite. Foto: Fablok / Shutterstock.com O fósforo pode apresentar diversas formas alotrópicas. As mais conhecidas o fósforo vermelho e o fósforo branco sendo o último extremamente reativo e consequentemente instável. Possuem fórmula molecular P4 variando apenas sua estrutura e são utilizados em artigos de pirotecnia além de aditivos de óleos industriais. Outro exemplo que ilustra bem a formação de alótropos devido a variação da estrutura são as formas alotrópicas do carbono: grafite e diamante. O grafite possui uma estrutura em forma de lâminas e o diamante possui uma estrutura mais compacta o que confere a ele uma maior estabilidade. O diamante é o mineral com maior dureza conhecido e devido a isso é utilizado inclusive como broca para perfuração, além é claro da sua comercialização como pedra preciosa. O grafite é facilmente desgastável por isso é utilizado em lápis além é claro da utilização em peças refratárias e lubrificantes. Outra forma alotrópica do carbono é o fulereno que é muito utilizado pela medicina como antiviral, antioxidante e antimicrobiano. Formas alotrópicas do carbono. Ilustração: magnetix / Shutterstock.com Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 14 Atualmente tem se desenvolvido muito a pesquisa na área da Nanociência relacionada aos nanotubos, que são estruturas de carbono em forma de “rolo” ou tubo extremamente pequenas. Esses nanotubos possuem grandeza na escala de 10-9 a 10-12 metros e são obtidos através de folhas de grafite enroladas quimicamente. Esses materiais são largamente utilizados em circuitos eletrônicos e são muito estáveis, resistentes e conduzem bem corrente elétrica. Desta forma são de extrema importância para o desenvolvimento tecnológico em geral. Reações Químicas As reações químicas são transformações que envolvem alterações, quebra e/ou formação, nas ligações entre partículas (átomos, moléculas ou íons) da matéria, resultando na formação de nova substância com propriedades diferentes da anterior. Algumas evidências da ocorrência de uma reação química são mudança de cor, evolução de calor ou luz, formação de uma substância volátil, formação de um gás, entre outros. No nosso cotidiano, há muitas reações químicas envolvidas, como por exemplo, no preparo de alimentos, a própria digestão destes alimentos no nosso organismo, a combustão nos automóveis, o aparecimento da ferrugem, a fabricação de remédios, etc. Equações químicas A equação química é a forma de se escrever uma reação química que envolve os reagentes e produtos. As substâncias iniciais de uma reação química, as que reagem, são chamadas de reagentes. Já as substâncias finais de uma reação, as que se formam, são chamadas de produto.2 -Representação de uma Equação Química: Nas equações químicas são utilizados símbolos e números para descrever os nomes e as proporções das diferentes substâncias que entram nessas reações. Os reagentes são mostrados no lado esquerdo da equação e os produtos no lado direito. Na reação a matéria não e criada e nem destruídas, os átomos somente são reorganizados de forma diferente, por isso, uma equação química deve ser balanceada: o número de átomos da esquerda precisa ser igual o número de átomos da direita. Sendo assim, balancear uma equação é fazer com que ela entre em equilíbrio. -Exemplo de uma Equação Química não equilibrada: H2 + Cl2 HCl A equação acima está desbalanceada, pois temos nos reagentes (H2 e Cl2) dois átomos de cada elemento, e no produto (HCl) somente uma molécula. -Exemplo de uma Equação Química equilibrada: H2 + Cl2 2 HCl Agora, a equação representada acima está balanceada, uma vez que a adição do coeficiente 2 nos produtos que indica a existência de duas moléculas de ácido clorídrico (HCl). Esse número que antecede o elemento, no caso o número 2, é chamado de coeficiente estequiométrico. A função desse coeficiente é indicar a quantidade de cada substância que participa da reação. 2 Mundoeducação.uol.com.br Reagentes Produto Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 15Podemos saber praticamente tudo sobre uma reação química através de sua equação, ela pode oferecer, por exemplo, as seguintes informações através de símbolos tais como: -Quando a reação é reversível: ↔ -Presença de luz: λ -Catalisadores ou aquecimento: ? -Formação de um precipitado: ↓ A Equação Química pode ainda demonstrar o estado físico do átomo participante da reação, através das letras respectivas entre parênteses: Gás (g) Vapor (v) Líquido (l) Sólido (s) Cristal (c). Tipos de reações Reação de síntese ou adição Na reação de síntese, uma substância composta é formada pela junção de duas ou mais substâncias (simples ou compostas).3 A + B C OBS: Essa reação se faz presente em flashes fotográficos descartáveis e foguetes sinalizadores. Exemplo 1: Ao se queimar uma fita de magnésio, o oxigênio presente no ar reage com o magnésio da fita, originando o óxido de magnésio:4 2Mg(s) + 1 O2(g) → 2MgO(s) Exemplo 2: Reação do óxido de cálcio com a água, produz o hidróxido de cálcio: CaO + H2O → Ca(OH)2 Exemplo 3: As soluções aquosas de ácido clorídrico e hidróxido de amônio, liberam dois gases: o HCl e o NH3. Se colocarmos estes dois gases em contato, eles gerarão uma névoa que é o cloreto de amônio: HCl + NH3 → NH4Cl Reação de Análise ou Decomposição A reação de decomposição ou de análise é um dos tipos de reações químicas na qual determinado composto, por ação espontânea se instável e não espontânea se estável, ao se desfragmentar quimicamente, dá origem à pelo menos dois produtos diferentes. Como exemplifica a reação a seguir: 2AB(s) 2A(s) + B2(g) Nessa reação, um composto simples AB se decompõe em duas substâncias simples A e B. Os símbolos subscritos (s, g) significam o estado de agregação das matérias envolvidas: sólido e gasoso, respectivamente Exemplo: Ocorre na decomposição do NaCl em Sódio sólido e Cloro gasoso: como o NaCl é extremamente estável, é necessário algum processo (geralmente eletroquímico) para que os átomos de cada molécula-íon sejam separados. Vários fatores podem causar a decomposição de um composto, entre eles, vamos destacar três: (1) Pirólise: Quando algumas substâncias compostas são submetidas ao aquecimento, elas se decompõem. Esse tipo de reação é chamado de pirólise, isto é, quebra de um composto por meio do fogo. Exemplo: Esse tipo de reação ocorre na produção do bio-óleo ou alcatrão pirolítico, que é considerado uma alternativa energética para os combustíveis derivados do petróleo. A vantagem do bio-óleo é que ele 3 THEODORE L. Brown, H. EUGENE LeMay, BRUCE E. Bursten. Química: A ciência central, São Paulo – SP: Editora Prentice-Hall, 2005. 9ª Edição. 992 pág. 4 http://www.infoescola.com/ Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 16 não possui metais pesados como chumbo e mercúrio, que podem poluir o meio ambiente e contaminar seres vivos; não possui enxofre, que sofre reações na atmosfera e gera as chuvas ácidas, e também libera menos cinzas. Outros exemplos de reações de decomposição pela ação do calor: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 2KClO3(s) 2KCl(s) + 3O2(g) 5(2) Fotólise: Esse tipo de reação quando a luz causa a decomposição dos compostos. Exemplo 1: A fotólise ocorre no processo fotossintético realizado pelos vegetais a fim de produzir energia. A reação mais importante da fotossíntese é a fotólise da água, que ocorre na fase clara. 2H2O O2 + 4H+ + 4e- Exemplo 2: A água oxigenada (peróxido de hidrogênio), também está sujeito à fotólise, como representado na equação química: H2O2 (aq) H2O (l) + 1/2O2 (g) (3) Eletrólise: Nas reações de eletrólise as substâncias se decompõem pela passagem de corrente elétrica Reação de simples troca ou deslocamento Esse tipo de reação ocorre quando uma substância simples reage com uma composta originando novas substâncias: uma simples e outra composta. A + XY → AY + X Exemplo: Quando uma lâmina de zinco é introduzida em uma solução aquosa de ácido clorídrico, vai ocorrer a formação de cloreto de zinco e o gás hidrogênio vai ser liberado. Zn (s) + 2 HCl (aq) → ZnCl2(aq) + H2 (g) A reação e classificada como de deslocamento uma vez que o zinco “deslocou” o hidrogênio Reação de substituição ou dupla troca A reação de dupla troca ocorre quando dois reagentes reagem formando dois produtos, ou seja, se duas substâncias compostas reagirem dando origem a novas substâncias compostas recebem essa denominação. AB + XY → AY + XB Importante: Para a ocorrência da reação de dupla troca, pelo menos uma das três condições abaixo deve ocorrer: -Formar-se pelo menos um produto insolúvel; -Formar-se pelo menos um produto menos ionizado (mais fraco); -Formar-se pelo menos um produto menos volátil. Exemplo: a reação entre o ácido sulfúrico com hidróxido de bário produz água e sulfato de bário. H2SO4 (aq) + Ba(OH)2(aq) → 2 H2O(l) + BaSO4(s) O produto sulfato de bário: BaSO4(s) é um sal branco insolúvel. Balanceamento das reações químicas Segundo Danton os átomos normalmente se conservam nas transformações químicas, mas nem sempre uma equação é indicada de forma que isso fique aparente. Isso porque é preciso fazer um "acerto", o balanceamento químico do número de átomos que constituem os reagentes e os produtos. 5 SOUZA, Líria Alves De. "Tipos de Reações Químicas"; Brasil Escola. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 17 Neste tópico falaremos um pouco sobre um tipo bem específico de balanceamento, aquele que é feito logo no início, quando não se tem muita prática. Para melhor entendimento, recomendamos o uso de "bolinhas" ou os símbolos criados por Dalton. Além de ilustrarem melhor a operação, elas ajudam a fixar a ideia logo no início. Confira o exemplo: Vamos balancear a equação da formação da água. Tendo como reagentes uma molécula de Hidrogênio com dois átomos e uma molécula de gás oxigênio, também com dois átomos, precisamos chegar à fórmula H2O. Repare que sobra um átomo de oxigênio e para que ocorra o balanceamento, não pode haver sobra. Por isso é preciso acrescentar outra molécula de Hidrogênio com dois átomos. Assim ao invés de uma, serão produzidas duas moléculas de água. A equação balanceada ficaria da seguinte forma: . Repare que a soma dos átomos dos reagentes é igual ao número de átomos do produto. É isso que confirma: a equação foi balanceada. Confira outro exemplo: BaO + As2O5 → Ba3 (AsO4)2 Neste caso ao invés de sobrar, faltam átomos de Bário e Oxigênio. Para isso é preciso acrescentar moléculas de BaO até que a necessidade seja suprida, tomando cuidado para que não haja sobra. Acrescentando mais duas moléculas de BaO, tudo se resolve. Basta transcrever os coeficientes das fórmulas químicas na equação e pronto. Repare mais uma vez que o número de átomos se conserva. Fórmulas das substâncias As ciências se comunicam por meio de códigos. A música, por exemplo, utiliza símbolos para representar os variados sons, e desta forma, uma partitura musical será acessível a qualquer músico do mundo. A Química também possui os seus códigos e, sem dúvida, os mais importantes são os símbolos dos elementos químicos e as fórmulas das substâncias. No caso da substância água, foi verificado experimentalmente, que: → A água era formada pelos elementos químicos hidrogênio e oxigênio. → Em qualquer quantidade de água, os átomos de hidrogênio e oxigênio estavam combinados na proporção de 2:1, respectivamente. Em função destas observações, concluiu-se que a água passou a ser representada pela fórmula H2O. H2O1ou H2O Onde os números 1 e 2, denominados de índice, indicam a quantidade de átomos de cada elemento químico. Normalmente, o índice 1 não precisa escrito.Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 18 Balanceamento das equações químicas por oxirredução Como nas reações de óxido-redução ocorre transferência de elétrons, para balanceá-las devemos igualar o número de elétrons perdidos e recebidos. Para isso, devemos inicialmente determinar o número de elétrons perdidos ou recebidos para cada espécie química, que corresponde à variação do Nox (ΔNox). Com base nesse conhecimento, vamos determinar a quantidade necessária de cada espécie para obter a igualdade do número de elétrons. Regras para realizar o balanceamento das equações por oxirredução O balanceamento tem como fundamento que o total de elétrons cedidos pelo redutor seja IGUAL ao total de elétrons recebidos pelo oxidante. 1º) Determinar, na equação química, os valores de todos os Nox e verificar qual espécie se oxida e qual se reduz, analisando os valores dos Nox dos elementos nos reagentes e nos produtos. 2º) Escolher entre as espécies que sofrem redução e oxidação uma delas para iniciar o balanceamento. 3º) Calcular os Δoxid e Δred . Veja abaixo: Δoxid = número de elétrons perdidos x atomicidade do elemento Δred = número de elétrons recebidos x atomicidade do elemento 4º) Se possível, os Δoxid e Δred podem ser simplificados. Exemplificando: Δoxid = 4 Δred = 2 Resumindo.. Δoxid = 2 Δred = 1 5º) Para igualar os elétrons nos processos de oxidação e redução: O Δoxid se torna o coeficiente da substância que contém o átomo que se reduz. O Δred se torna o coeficiente da substância que contém o átomo que se oxida. 6º) Os coeficientes das demais substâncias são determinados por tentativas, baseando-se na conservação dos átomos. Exemplo1: Uma lâmina de alumínio (Al) foi mergulhada numa solução aquosa de sulfato de cobre (CuSO4), ocorrendo a formação de cobre metálico (Cu) e de sulfato de alumínio [Al2(SO4)3]. A reação esquematizada acima pode ser representada, na forma iônica, da seguinte maneira: Al(s) + Cu2+ (aq) Al3+ (aq) + Cu(s) Primeiramente, devemos determinar o Nox de cada espécie e suas variações da seguinte maneira: Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 19 O Al perde 3 e– ΔNox = 3 O Cu2+ recebe 2 e– ΔNox = 2 A seguir devemos igualar o número de elétrons: 1 átomo de Al perde 3 e– 2 átomos de Al perdem 6 e– 1 íon de Cu2+ recebe 2 e– 3 íons de Cu2+ recebem 6 e– Esses números de átomos correspondem aos coeficientes dessas espécies; a partir deles determinamos os coeficientes das outras espécies, obtendo a equação balanceada: 2Al(s) + Cu2+ (aq) 2 Al3+ (aq) + 3 Cu(s) Exemplo 2: Quando uma solução aquosa de permanganato de potássio (KMnO4), de cor violeta, é tratada com ácido clorídrico (HCl), ela sofre uma descoloração, ou seja, torna-se incolor. A reação pode ser esquematizada da seguinte maneira: KMnO4 + HCl KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O Primeiramente, determinamos a variação do Nox (ΔNox) de cada elemento: Todo o manganês (Mn) presente no KMnO4 sofreu redução, originando o MnCl2: O cloro contido no HCl da origem ao KCl, MnCl2 e Cl2. Entretanto, apenas uma parte dos seus átomos oxidou-se, originando o Cl2: Associando o ΔNox com a quantidade de Cl2 formada, observamos que cada elemento cloro que forma Cl2 perde 1 elétron; como são necessários 2 cloros para formar cada Cl2, nessa formação foram perdidos 2 elétrons. Assim, temos: -KMnO4 = ΔNox = 5; -Cl2 = 2 ΔNox = 2. Agora iremos determinar os coeficientes para cada espécie em que houve variação do Nox, sabendo que isso pode ser feito simplesmente atribuindo o ΔNox de uma espécie como coeficiente da outra espécie. Assim, temos: -KMnO4 = ΔNox = 5 ⇒ 5 será o coeficiente do Cl2; -Cl2 = 2 (ΔNox) = 2 ⇒ 2 será o coeficiente do KMnO4. Conhecendo os coeficientes do KMnO4 e do Cl2, podemos determinar os outros pelo método das tentativas, e teremos a equação balanceada: 2KMnO4 + 16HCl 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O Velocidade da Equação Química A velocidade das reações químicas é alterada principalmente por variações na superfície de contato, na concentração dos reagentes, na temperatura e pelo uso de catalisadores. A velocidade das reações químicas é uma área estudada pela Cinética Química. Esse estudo é importante porque é possível encontrar meios de controlar o tempo de desenvolvimento das reações, tornando-as mais lentas ou mais rápidas, conforme a necessidade. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 20 Alguns dos fatores que interferem na velocidade das reações são: - Temperatura: um aumento na temperatura provoca um aumento na velocidade das reações químicas, sejam elas endotérmicas ou exotérmicas, pois isso faz com que se atinja mais rápido o complexo ativado; - Concentração: um aumento na concentração dos reagentes acelera a reação, pois haverá um maior número de partículas dos reagentes por unidade de volume, aumentando a probabilidade de ocorrerem colisões efetivas entre elas; - Pressão: Esse fator interfere unicamente em sistemas gasosos. O aumento da pressão aumenta também a rapidez da reação, pois deixa as partículas dos reagentes em maior contato; - Superfície de contato: Quanto maior a superfície de contato, maior a velocidade com que a reação se processa, pois, conforme explicado nos dois últimos itens, a reação depende do contato entre as substâncias reagentes; -Catalisador: O uso de catalisadores específicos para determinadas reações pode acelerá-las. Essas substâncias não participam da reação em si, pois são totalmente regeneradas ao final dela. Questões 01. O consumo de ácido sulfúrico pode ser utilizado como um indicador do desenvolvimento de um país. Industrialmente, esse ácido pode ser obtido a partir da pirita de ferro, que consiste basicamente em sulfeto ferroso (FeS). Classifique as equações de obtenção industrial do ácido sulfúrico mostradas a seguir: I. FeS + O2 → Fe + SO2 II. 2 SO2 + 2 O2 → 2 SO3 III. SO3 + H2O → H2SO4 (A) Dupla troca, síntese, síntese. (B) Dupla troca, análise, análise. (C) Síntese, simples troca, dupla troca. (D) Simples troca, análise, análise. (E) Simples troca, síntese, síntese. 02. (FURRN-adaptado/2015) No filme fotográfico, quando exposto à luz, ocorre a reação: 2 AgBr →2 Ag + Br2 Essa reação pode ser classificada como: (A) pirólise. (B) eletrólise. (C) fotólise. (D) síntese. (E) simples troca 03. (UFCE) 1. A equação: Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2 mostra que: (A) a reação não está balanceada. (B) há maior quantidade de átomos de alumínio nos produtos que nos reagentes. (C) os coeficientes que ajustam a equação são 2 , 3 , 1 e 3. (D) a massa dos reagentes não é igual à dos produtos. 04. Assinale a alternativa que corretamente completa a frase a seguir: “Reações de análise ou decomposição são aquelas em que um único reagente transforma-se em dois ou mais produtos, sendo que, algumas recebem nomes especiais: a reação de ____ ocorre mediante decomposição provocada pelo calor; reação de ______ocorre mediante decomposição provocada pela luz; e reação de ______ ocorre mediante decomposição provocada pela passagem da corrente elétrica.” (A) síntese – deslocamento – dupla troca (B) adição – simples troca – deslocamento (C) pirólise – eletrólise – fotólise (D) pirólise – fotólise – eletrólise (E) fotólise – pirólise – eletrólise Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 21 05. (UFRJ) A reação que representa a formação do cromato de chumbo II, que é um pigmento amarelo usado em tintas, é representada pela equação: Pb(CH3COO)2 + Na2CrO4 → PbCrO4 + 2 NaCH3COO Que é uma reação de: (A) oxirredução (B) dupla troca (C) síntese (D) deslocamento (E) decomposição 06.Dê nomes às reações (reação de síntese, decomposição, simples troca ou dupla troca), de acordo com os reagentes e produtos, justificando a resposta:a) Zn + Pb(NO3)2 → Zn(NO3)2 + Pb b) FeS + 2 HCl → FeCl2 + H2S c) 2 NaNO3 → 2 NaNO2 + O2 d) N2 + 3 H2 → 2 NH3 07. UFMS A desidratação do sulfato de cobre, CuSO4 .x H2O, por aquecimento, é um processo que ocorre em 4 etapas, como mostrado abaixo. I. sulfato de cobre trihidratado é obtido pela perda de duas moléculas de água; II. forma-se o composto monohidrato; III. obtenção do sulfato de cobre anidro, ou seja, “seco”; IV. o sal anidro, quando fortemente aquecido, se decompõe em óxido de cobre II e trióxido de enxofre, como segue: CuSO4 → CuO + SO3. É correto afirmar que: 01. O sulfato de cobre hidratado inicial tem fórmula CuSO4 . 5H2O; 02. A equação que melhor representa a etapa II é CuSO4 . 5H2O → CuSO4 . H2O + 2H2O; 04. Perdem-se quatro moléculas de água nas etapas I e II; 08. 1 mol de sulfato de cobre anidro pesa 159,5 g; 16. a equação total de desidratação para obtenção de sulfato de cobre anidro é CuSO4 . 5H2O → CuO + SO3; 32. a etapa IV representa uma reação de óxido-redução. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 08 Mackenzie-SP I. SO3 + H2O → H2SO4 II. H2 + 1 O2 → H2O Das sínteses expressas pelas equações acima, realizadas em condições adequadas, é INCORRETO afirmar que: (A) na reação I tanto os reagentes como o produto são substâncias compostas. (B) na síntese da água, o balanceamento da equação está incorreto. (C) na reação I forma-se um ácido. (D) a soma dos menores coeficientes inteiros do balanceamento na equação I é igual a 3. (E) na reação II os reagentes são substâncias simples. 09.I.E. Superior de Brasília-DF As nações mais desenvolvidas precisam dedicar mais atenção aos problemas daquelas menos favorecidas, em especial quanto às necessidades básicas das populações. A alimentação, por exemplo, é uma questão crítica em países como os da maioria do Continente Africano. Algumas providências simples têm efeito quase imediato na reversão do quadro de subnutrição humana. No Nordeste do Brasil, por exemplo, outra área crítica em termos nutricionais, experiências bem sucedidas têm sido levadas a cabo por abnegados voluntários no combate a esse grave problema. Uma das técnicas utilizadas consiste em introduzir um prego amarrado por um barbante nas panelas onde são cozidos alimentos pobres em ferro, como o arroz. Com isso, íons imprescindíveis ao organismo humano são acrescentados à alimentação dos cidadãos com menor poder aquisitivo. Utilizando o texto acima como referência e seus conhecimentos de Química, julgue os itens. ( ) Os íons citados são provenientes do metal ferro, principal constituinte do prego. ( ) O metal ferro que compõe o prego não pertence ao mesmo elemento químico do íon ferro. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 22 ( ) Para que o prego contribua com íons para o arroz é necessário que o metal ferrosofra oxidação. ( ) O ferro é um metal alcalino como o sódio. ( ) O ferro é um elemento encontrado em quantidades significativas no solo do bioma Cerrado. 10 Unifor-CE Considere algumas transformações que ocorrem no ambiente: I. Formação de dióxido de enxofre: S(s) + O2 (g)→ SO2(g) II. Interação da “chuva ácida” com mármore: 2H+ (aq) + CaCO3(s)→ CO2(g) + H2O(l) + Ca 2+(aq) III. Interação do monóxido de nitrogênio com ozônio (na estratosfera): NO(g) + O3(g) → NO2(g) + O2(g) Dos processos descritos, reconhece-se interação que envolve oxirredução em: (A) I, somente (B) II, somente (C) III, somente (D) I e III, somente (E) I, II e III Respostas 01. Resposta E. I. FeS + O2 → Fe + SO2 = reação de simples troca ou deslocamento (uma substância composta (FeS) reage com uma substância simples (O2) e produz uma nova substância simples (Fe) e uma nova substância composta (SO2) pelo deslocamento entre seus elementos). II. 2 SO2 + 2 O2 → 2 SO3 = reação de síntese ou adição (duas substâncias reagem e produzem uma única substância mais complexa). III. SO3 + H2O → H2SO4 = reação de síntese ou adição. 02. Resposta C. A fotólise é um tipo de reação de decomposição que ocorre na presença de luz. 03. Resposta Todas as alternativas estão corretas. a) A reação não está balanceada porque enquanto nos reagentes temos 1 Al, 1 S e 4 O, nos produtos temos 2 Al, 3 S e 12 O. b) Há maior quantidade de átomos de alumínio nos produtos (dois) que nos reagentes (um). c) Os coeficientes que ajustam a equação são 2 , 3 , 1 e 3: 2 Al + 3 H2SO4 → 1 Al2(SO4)3 + 3 H2 Agora sim temos a mesma quantidade de átomos de todos os elementos nos dois membros da equação. d) A massa dos reagentes não é igual à dos produtos. Só o fato de a equação não estar balanceada já nos indica isso. Mas para comprovar, temos que consultar a massa dos elementos na tabela periódica (Al = 27, H = 1, S = 32, O = 16). Assim, temos: Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2 27 g + (2 + 32 + 64) g = (54 + 32 + 192) + 2 125 g ≠ 280 g. 04. Resposta D. Pirólise, fotólise e eletrólise 05. Resposta B Dupla troca 06. Resposta a) A equação acima se refere a uma reação de simples troca (ou deslocamento): uma substância simples (Zn) reagiu com uma composta Pb(NO3)2 e originou uma nova substância simples (Pb) e outra composta Zn(NO3)2. b) Reação de dupla troca: duas substâncias compostas reagiram entre si originando duas novas substâncias compostas. c) Reação de decomposição (ou análise): uma única substância (NaNO3) originou dois produtos. d) Reação de síntese (ou adição): duas substâncias originaram um único produto (NH3). Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 23 07. Resposta 01 + 04 + 08 = 13 08. Resposta: B 09. Resposta: V – F – V – F – V 10 Resposta:C Leis Ponderais No final do século XVIII, os cientistas Antoine Laurent Lavoisier e Joseph Louis Proust, através de estudos experimentais, concluíram que as reações químicas obedecem a determinadas leis. Essas leis são chamadas de leis ponderais e relacionam as massas das substâncias, reagentes e produtos participantes de uma reação química. -Lei de Lavoisier: A primeira delas, a Lei da Conservação de Massas, ou Lei de Lavoisier é uma lei da química que muitos conhecem por uma célebre frase dita pelo cientista conhecido como o pai da química, Antoine Lavoisier: “Na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma” Ao realizar vários experimentos, Lavoisier concluiu que: “Num sistema fechado, a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos” Exemplo: Mercúrio metálico + oxigênio → óxido de mercúrio II 100,5 g 8,0 g 108,5 g -Lei de Proust O químico Joseph Louis Proust observou que em uma reação química a relação entre as massas das substâncias participantes é sempre constante. A Lei de Proust ou a Lei das proporções definidas diz que dois ou mais elementos ao se combinarem para formar substâncias, conservam entre si proporções definidas. Em resumo a lei de Proust pode ser resumida da seguinte maneira: "Uma determinada substância composta é formada por substâncias mais simples, unidas sempre na mesma proporção em massa". Exemplo: A massa de uma molécula de água é 18g e é resultado da soma das massas atômicas do hidrogênio e do oxigênio. H2 – massa atômica = 1 → 2 x 1 = 2g O – massa atômica = 16 → 1 x 16 = 16g Reagente s Produto Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 24 Então 18g de água tem sempre 16g de oxigênio e 2g de hidrogênio. A molécula água está na proporção 1:8. mH2 = 2g = 1 ____ ___ _ m O 16g 8 -Lei de Dalton Em 1808, John Dalton propôs uma teoria para explicar essas leis ponderais, denominada teoria atômica, criando o primeiro modelo atômico científico, em que o átomo seria maciço e indivisível. A teoria proposta por ele pode ser resumida da seguinte maneira: 1. Tudo que existe na natureza é formadopor pequenas partículas microscópicas denominadas átomos; 2. Estas partículas, os átomos, são indivisíveis (não é possível seccionar um átomo) e indestrutíveis (não se consegue destruir mecanicamente um átomo); 3. O número de tipos de átomos (respectivos a cada elemento) diferentes possíveis é pequeno; 4. Átomos de elementos iguais sempre apresentam características iguais, bem como átomos de elementos diferentes apresentam características diferentes. Sendo que, ao combiná-los, em proporções definidas, definimos toda a matéria existente no universo; 5. Os átomos assemelham-se a esferas maciças que se dispõem através de empilhamento; 6. Durante as reações químicas, os átomos permaneciam inalterados. Apenas configuram outro arranjo. Ao mesmo tempo da publicação dos trabalhos de Dalton foi desenvolvido o estudo sobre a natureza elétrica da matéria, feita no início do século XIX pelo físico italiano Volta, que criou a primeira pilha elétrica. Isso permitiu a Humphry Davy descobrir dois novos elementos químicos: o potássio (K) e o sódio (Na). A partir disso, os trabalhos a respeito da eletricidade foram intensificados. Em meados de 1874, Stoney admitiu que a eletricidade estava intimamente associada aos átomos em que quantidades discretas e, em 1891, deu o nome de elétron para a unidade de carga elétrica negativa. A descoberta do elétron Em meados do ano de 1854, Heinrich Geissler desenvolveu um tubo de descarga que era formado por um vidro largo, fechado e que possuía eletrodos circulares em suas pontas. Ele notou que quando se produzia uma descarga elétrica no interior do tubo de vidro, utilizando um gás que estivesse sob baixa pressão, a descarga deixava de ser barulhenta, e no tubo uma cor aparecia –que iria depender do gás, de sua pressão e da voltagem a ele aplicada–. Um exemplo dessa experiência é o tubo luminoso de neon que normalmente se usa em estabelecimentos como placa. Já em 1875, William Crookes se utilizou de gases bastante rarefeitos, ou seja, que estavam em pressões muito baixas, e os colocou em ampolas de vidro. A eles depositou voltagens altíssimas e assim, emissões denominadas raios catódicos surgiram. Isso porque esses raios sempre se desviam na direção e sentido da placa positiva, quando são submetidos a um campo elétrico externo e uniforme, o que prova que os raios catódicos são de natureza negativa. Esse desvio ocorre sempre da mesma maneira, seja lá qual for o gás que se encontra no interior da ampola. Isso fez os cientistas imaginarem que os raios catódicos seriam formados por minúsculas partículas negativas, e que estas existem em toda e qualquer matéria. A tais partículas deu-se o nome de elétrons. Assim, pela primeira vez na história, constatava-se a existência de uma partícula subatômica, o elétron. Modelo atômico de Thomson No final do século XIX, Thomson, utilizando uma aparelhagem semelhante, demonstrou que esses raios poderiam ser considerados como um feixe de partículas carregados negativamente, uma vez que que eram atraídos pelo polo positivo de um campo elétrico externo e independiam do gás contido no tubo. Thomson concluiu que essas partículas negativas deveriam fazer parte dos átomos componentes da matéria, sendo denominados elétrons. Após isto, propôs um novo modelo científico para o átomo. Para Thomson, o átomo era uma esfera de carga elétrica positiva “recheada” de elétrons de carga negativa. As Leis de Lavoisier e de Proust são chamadas de Leis Ponderais porque estão relacionadas à massa dos elementos químicos nas reações químicas. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 25 Esse modelo ficou conhecido como “pudim de passas”. Este modelo derruba a ideia de que o átomo é indivisível e introduz a natureza elétrica da matéria. A descoberta do próton Em 1886, Goldstein, físico alemão, provocando descargas elétricas num tubo a pressão reduzida (10 mmHg) e usando um cátodo perfurado, observou a formação de um feixe luminoso (raios canais) no sentido oposto aos raios catódicos e determinou que esses raios era constituídos por partículas positivas Os raios canais variam em função do gás contido no tubo. Quando o gás era hidrogênio, obtinham-se os raios com partículas de menor massa, as quais foram consideradas as partículas fundamentais, com carga positiva, e denominadas próton pelo seu descobridor, Rutherford, em 1904. A descoberta da radioatividade Wilhelm Conrad Röntgen foi um físico alemão que, em 8 de novembro de 1895, realizando experimentos em que utilizava gases altamente rarefeitos em uma ampola de Crookes, descobriu acidentalmente que, a partir da parte externa do tubo, eram emitidos raios que conseguiam sensibilizar chapas fotográficas. Ele chamou esses raios de raios X. Isso possibilitou que, em 1886, Becquerel descobrisse a radioatividade e a descoberta do primeiro elemento capaz de emitir radiações semelhantes ao raio X: o urânio. Logo a seguir o casal Curie descobriu dois outros elementos radioativos: o polônio e o rádio. Com a finalidade de estudar as radiações emitidas pelos elementos radioativos, foram realizados vários tipos de experimentos, dentre os quais o mais conhecido é o representado a seguir, em que as radiações são submetidas a um campo eletromagnético externo. A experiência de Rutherford Em meados do século de XX, dentre as inúmeras experiências realizadas por Ernest Rutherford e seus colaboradores, uma ganhou destaque, uma vez que mostrou que o modelo proposto por Thomson era incorreto. A experiência consistiu em bombardear uma fina folha de ouro com partículas positivas e pesadas, chamada de α, emitidas por um elemento radioativo chamado polônio. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 26 Rutherford observou que: a) grande parte das partículas α passaram pela folha de ouro sem sofrer desvios (A) e sem altera a sua superfície; b) algumas partículas α desviaram (B) com determinados ângulos de desvios; c) poucas partículas não atravessaram a folha de ouro e voltaram (C). O modelo de Rutherford A experiência da “folha de ouro” realizada pelo neozelandês Ernest Rutherford foi o marco decisivo para o surgimento de um novo modelo atômico, mais satisfatório, que explicava de forma mais clara uma série de eventos observados: O átomo deve ser constituído por duas regiões: a) Um núcleo, pequeno, positivo e possuidor de praticamente toda a massa do átomo; b) Uma região positiva, praticamente sem massa, que envolveria o núcleo. A essa região se deu o nome de eletrosfera. Para que fique mais claro, vamos agora relacionar o modelo de Rutherford com as conclusões encontrados em sua experiência. Observações Conclusões Grande parte das partículas alfa atravessa a lâmina sem desviar o curso. Boa parte do átomo é vazio. No espaço vazio (eletrosfera) provavelmente estão localizados os elétrons. Poucas partículas alfa (1 em 20000) não atravessam a lâmina e voltavam. Deve existir no átomo uma pequena região onde está concentrada sua massa (o núcleo). Algumas partículas alfa sofriam desvios de trajetória ao atravessar a lâmina. O núcleo do átomo deve ser positivo, o que provoca uma repulsão nas partículas alfa (positivas). Em resumo: o modelo de Rutherford representa o átomo consistindo em um pequeno núcleo rodeado por um grande volume no qual os elétrons estão distribuídos. O núcleo carrega toda a carga positiva e a maior parte da massa do átomo. Devido ao modelo atômico de Thomson não ser normalmente usados para interpretar os resultados dos experimentos de Rutherford, Geiger e Marsden, o modelo de Rutherford logo o substituiu. De fato, isto é a base para o conceito do átomo. Partículas alfa Núcleo do átomo Átomo de Ouro Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 27 O átomo moderno Quando Rutherford realizou seu experimento com um feixe de partículasalfa, e propôs um novo modelo para o átomo, houve algumas controvérsias. Entre elas era que o átomo teria um núcleo composto de partículas positivas denominadas prótons. No entanto, Rutherford concluiu que, embora os prótons contivessem toda a carga do núcleo, eles sozinhos não podem compor sua massa. O problema da massa extra foi resolvido quando, em 1932, o físico inglês J. Chadwick descobriu uma partícula que tinha aproximadamente a mesma massa de um próton, mas não era carregada eletricamente. Por ser a partícula eletricamente neutra, Chadwick a denominou de nêutron. Hoje, acreditamos que, com uma exceção, o núcleo de muitos átomos contém ambas as partículas: prótons e nêutrons, chamados núcleons. (A exceção é o núcleo de muitos isótopos comuns de hidrogênio que contém um próton e nenhum nêutron.) Como mencionamos, é geralmente conveniente designar cargas em partículas em termos de carga em um elétron. De acordo com esta convenção, um próton tem uma carga de +1, um elétron de -1, e um nêutron de 0. Em resumo, podemos então descrever um átomo como apresentando um núcleo central, que é pequeníssimo, mas que contém a maior parte da massa do átomo e é circundado por uma enorme região extra nuclear contendo elétrons (carga -1). O núcleo contém prótons (carga +1) e nêutrons (carga 0). O átomo como um todo não tem carga devido ao número de prótons ser igual ao número de elétrons. A soma das massas dos elétrons em um átomo é praticamente desprezível em comparação com a massa dos prótons e nêutrons. Número atômico e número de massa Um átomo individual (ou seu núcleo) é geralmente identificado especificando dois números inteiros: o número atômico Z e o número de massa A. O número atômico (Z) é o número de prótons no núcleo. Como um átomo é um sistema eletricamente nêutron, se conhecermos o seu número atômico, teremos então duas informações: o número de prótons e o número de elétrons. O número de massa A é o número total de núcleons (prótons mais nêutrons) no núcleo. Número de prótons= número de elétrons Número de massa= número de prótons + número de nêutrons Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 28 Pode-se ver destas definições que o número de nêutrons no núcleo é igual a A - Z. Um átomo específico é identificado pelo símbolo do elemento com número atômico Z como um índice inferior e o número de massa como um índice superior. Assim, Indica um átomo do elemento X com o número atômico Z e número de massa A. Por exemplo: Refere-se a um átomo de oxigênio comum número atômico 8 e um número de massa 16. Todos os átomos de um dado elemento têm o mesmo número atômico, porque todos têm o mesmo número de prótons no núcleo. Por esta razão, o índice inferior representando o número atômico é algumas vezes omitido na identificação de um átomo individual. Por exemplo, em vez de escrever 16O8, é suficiente escrever 16O, para representar um átomo de oxigênio -l6. Íons Os átomos podem perder ou ganhar elétrons, originando novos sistemas, carregados eletricamente: os íons. Nos íons, o número de prótons é diferente do número de elétrons. Os átomos, ao ganharem elétrons, originam íons negativos, ou ânions, e, ao perderem elétrons, originam íons positivos, os cátions. Cátions (íons positivos) Em um cátions, o número de prótons é SEMPRE maior do que o número de elétrons. Veja abaixo um exemplo de cátion: -Cl (Z=17) Número de prótons: 17 carga:: +17 Número de elétrons: 17 carga: -17 Carga elétrica total: +16-16= 0 -Cl+ ( Z=17) Número de prótons: 17 carga: +17 Número de elétrons: 16 carga: -16 Carga elétrica total: +17 -16= +1 Ânions (íons negativos) Em um ânion, o número de prótons é menor do que o número de elétrons. Vamos agora relacionar o átomo de enxofre (S) com seu ânion bivalente (S2-). -S (Z=16) Número de prótons: 16 carga: +16 Número de elétrons: 16 carga: -16 Carga elétrica total: +16 -16 =0 -S (Z=16) Número de prótons: 16 carga: +16 Número de elétrons: 19 carga: -18 Carga elétrica total: +16 -18 = -2 ÍONS: Número de prótons ≠ Número de elétrons Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 29 O elemento químico Um elemento químico é definido como sendo o conjunto formado por átomos de mesmo número atômico (Z). A cada elemento químico atribui-se um nome; a cada nome corresponde um símbolo e, consequentemente, a cada símbolo corresponde um número atômico. Elemento químico Símbolo Número atômico Hidrogênio H 1 Oxigênio O 8 Cálcio Ca 20 Cobre Cu 29 Prata Ag 47 Platina Pt 78 Mercúrio Hg 80 Relações atômicas -Isótopos: Átomos de um dado elemento podem ter diferentes números de massa e, portanto, massas diferentes porque eles podem ter diferentes números de nêutrons em seu núcleo. Como mencionado, tais átomos são chamados isótopos. Exemplo: considere os três isótopos de oxigênio de ocorrência natural: 16O8, 17O8 e 18O8; cada um destes tem 8 prótons no seu núcleo. (Isto é o que faz com que seja um átomo de oxigênio.). Átomos Prótons Nêutrons Elétrons H1 1 1 0 1 H1 2 1 1 1 H1 3 1 2 1 08 16 8 8 8 08 17 8 9 8 08 18 8 10 8 U92 234 92 142 92 U92 235 92 143 92 U92 238 92 146 92 Cada isótopo também apresenta (A - Z) nêutrons, ou 8, 9 e 10 nêutrons, respectivamente. Devido aos isótopos de um elemento apresentar diferentes números de nêutrons, eles têm diferentes massas. -Isóbaros: São átomos de diferentes números de próton, mas que possuem o mesmo número de massa (A). Assim, são átomos de elementos químicos diferentes, mas que têm mesma massa, já que um maior número de prótons será compensado por um menor número de nêutrons, e assim por diante. Desse modo, terão propriedades físicas e químicas diferentes. -Isótonos: São átomos de diferentes números de prótons e de massa, mas que possuem mesmo número de nêutrons. Ou seja, são elementos diferentes, com propriedades físicas e químicas diferentes. Questões 01. (FUVEST) O átomo constituído de 17 prótons, 18 nêutrons e 17 elétrons, possui número atômico e número de massa igual a: (A) 17 e 17 (B) 17 e 18 (C) 18 e 17 (D) 17 e 35 (E) 35 e 17 Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 30 02. (PUC-SP). A notação Fe26 56 indica: (A) 26 átomos de ferro de número de massa 56. (B) 26 átomos grama de ferro de número de massa 56. (C) Um isóbaro de ferro de número de massa 56. (D) Um isótono de ferro de número de massa 56. (E) Isótopo de ferro de número de massa 56. 03. Um átomo de número atômico Z e número de massa A: (A) tem A nêutrons. (B) tem A elétrons. (C) tem Z prótons. (D) tem A – Z nêutrons. (E) tem Z elétrons. 04. (MACK) Indique a alternativa que completa corretamente as lacunas do seguinte período: “Um elemento químico é representado pelo seu ___________ , é identificado pelo número de __________ e pode apresentar diferente número de __________ .” (A) nome – prótons – nêutrons. (B) nome – elétrons – nêutrons. (C) símbolo – elétrons – nêutrons. (D) símbolo – prótons – nêutrons. (E) símbolo – – elétrons – nêutron 05. (PUC-PR) Dados os átomos de 238U92 e 210Bi83, o número total de partículas (prótons, elétrons e nêutrons) existentes na somatória será: (A) 641 (B) 528 (C) 623 (D) 465 (E) 496 06. No fim do século XIX começaram a aparecer evidências de que o átomo não era a menor partícula constituinte da matéria. Em 1897 tornou-se pública a demonstração da existência de partículas negativas, por um inglês de nome: (A) Dalton; (B) Rutherford; (C) Bohr; (D) Thomson; (E) Proust 07. Com relação à estrutura do átomo, assinalar a alternativa correta: (A) o átomo é maciço (B) a massa do átomo está fundamentalmente concentrada no seu núcleo (C) no núcleo encontram-se prótons e elétrons (D) a massa do elétron é igual à massa do próton (E) átomos deum mesmo elemento químico são todos iguais 08 (UFU-MG). O átomo é a menor partícula que identifica um elemento químico. Ele possui duas partes, a saber: uma delas é o núcleo, constituído por prótons e nêutrons, e a outra é a região externa – a eletrosfera-, por onde circulam os elétrons. Alguns experimentos permitiram a descoberta das características das partículas constituintes do átomo. Em relação a essas características, indique a alternativa correta. (A) prótons e elétrons possuem massas iguais e cargas elétricas de sinais opostos. (B) entre as partículas atômicas, os elétrons têm maior massa e ocupam maior volume no átomo. (C) entre as partículas atômicas, os prótons e os nêutrons têm maior massa e ocupam maior volume no átomo. (D) entre as partículas atômicas, os prótons e os nêutrons têm mais massa, mas ocupam um volume muito pequeno em relação ao volume total do átomo. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 31 09. (UFRJ). Alguns estudantes de Química, avaliando seus conhecimentos relativos a conceitos básicos para o estudo do átomo, analisam as seguintes afirmativas: I. Átomos isótopos são aqueles que possuem mesmo número atômico e números de massa diferentes. II. O número atômico de um elemento corresponde à soma do número de prótons com o de nêutrons. III. O número de massa de um átomo, em particular, é a soma do número de prótons com o de elétrons. IV. Átomos isóbaros são aqueles que possuem números atômicos diferentes e mesmo número de massa. V. Átomos isótonos são aqueles que apresentam números atômicos diferentes, número de massas diferentes e mesmo número de nêutrons. Esses estudantes concluem, corretamente, que as afirmativas verdadeiras são as indicadas por: (A) I, III e V (B) I, IV e V (C) II e III (D) II, III e V (E) II e V 10. (UFCE). Na tentativa de montar o intrincado quebra-cabeça da evolução humana, pesquisadores têm utilizado relações que envolvem elementos de mesmo número atômico e diferentes números de massa para fazer a datação de fósseis originados em sítios arqueológicos. Quanto a esses elementos, é correto afirmar que são: (A) isóbaros (B) isótonos (C) isótopos (D) alótropos (E) isômeros Respostas 01. Resposta D. O número de prótons é igual ao número atômico, portanto, o número atômico desde átomo é 17. O número de massa corresponde a soma do número de prótons mais o número de nêutrons, portanto o este número (17+18) é 35. 02. Resposta A. 26: representa o número atômico do Ferro 56: Representa o número de massa, isto é prótons (26) + neutros (30). 03. Resposta D. O número de nêutrons e calculado através da subtração entre o número de massa (A) e o número atômico (Z), portanto, o número de nêutrons é A - Z. 04. Resposta D. 05. Resposta C Vamos calcular primeiro o número de nêutrons para os dois elementos, usando a fórmula n = A – Z 238U92: 238 -92 = 146 210Bi83: 210 – 83 = 127 Soma dos nêutrons: 146 + 127 = 273 De acordo com a fórmula P = Z = e temos: -Soma dos prótons: 175; -Soma dos elétrons: 175; -Soma total (de prótons, elétrons e nêutrons) para os dois elementos será = 623. 06. Resposta D. Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 32 07. Resposta B A massa do átomo (A) é constituída por prótons e neutros e está concentrada no núcleo do átomo. 08. Resposta D a) (INCORRETA), prótons e elétrons NÃO possuem massas iguais. b) (INCORRETA), entre as partículas atômicas, os elétrons NÃO têm maior massa e NÃO ocupam maior volume no átomo. c) (INCORRETA), entre as partículas atômicas, os prótons e os nêutrons têm maior massa, mas NÃO ocupam maior volume no átomo. 09. Resposta B. II. (INCORRETA) O número atômico de um elemento corresponde ao número de prótons. III. (INCORRETA) O número de massa de um átomo é resultante da soma do número de prótons e nêutrons, dado pela fórmula A = p + n . 10. Resposta C. a) (INCORRETA), isóbaros possuem o mesmo número de massa (A), mas se diferem na numeração atômica (Z). b) (INCORRETA), isótonos são átomos com número de nêutrons (n) iguais que se diferem pelo número atômico (Z) e de massa (A). d) (INCORRETA), alótropos se diferem pelo arranjo geométrico. e) (INCORRETA), isômeros possuem partículas atômicas idênticas, mas se diferem no arranjo molecular. Estudo dos Gases O estudo do comportamento dos gases deve ser feito sempre a partir de suas três variáveis de estado: pressão, temperatura e volume. Equação geral dos gases Todo gás é constituído de partículas (moléculas) que estão em contínuo movimento desordenado. Esse movimento de um grande número de moléculas provoca colisões entre elas e, por isso, sua trajetória não é retilínea num espaço apreciável, mas sim caminham em ziguezague. Essas colisões podem ser consideradas perfeitamente elásticas. O estado em que se apresenta um gás, sob o ponto de vista microscópico, é caracterizado por três variáveis: pressão, volume e temperatura. São denominadas variáveis de estado. I. Volume O volume de qualquer substância é o espaço ocupado por esta substância. No caso dos gases, o volume de uma dada amostra é igual ao volume do recipiente que a contém. As unidades usuais de volume são: litro (L), mililitro (ml), metro cúbico (m3), decímetro cúbico (dm3) e centímetro cúbico (cm3). II. Temperatura É a medida do grau de agitação térmica das partículas que constituem uma substância. No estudo dos gases, é utilizada a escala absoluta ou Kelvin (K) e, no Brasil, a escala usual é a Celsius ou centígrado (°C). Portanto, para transformar graus Celsius (t) em Kelvin, temos: III. Pressão A pressão é definida como força por unidade de área. No estado gasoso, a pressão é o resultado do choque de suas moléculas contra as paredes do recipiente que as contém. A medida da pressão de um T = t + 273 Ct+273 Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 33 gás é feita através de um aparelho chamado manômetro. O manômetro é utilizado na medida da pressão dos gases, dentro de recipientes fechados. Leis Físicas dos Gases Uma dada massa de gás sofre uma transformação quando ocorrem variações nas suas variáveis de estado. Começamos o estudo modificando-se apenas duas das grandezas e a outra se mantém constante. Lei de Boyle-Mariotte “À temperatura constante, uma determinada massa de gás ocupa um volume inversamente proporcional à pressão exercida sobre ele”. Esta transformação gasosa, onde a temperatura é mantida constante, é chamada de transformação isotérmica. Experiência da Lei de Boyle-Mariotte A lei de Boyle-Mariotte pode ser representada por um gráfico pressão-volume. Neste gráfico, as abscissas representam a pressão de um gás, e as ordenadas, o volume ocupado. A curva obtida é uma hipérbole, cuja equação representativa é PV = constante. Portanto, podemos representar: Lei de Charles/Gay-Lussac “À pressão constante, o volume ocupado por uma massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta." Esta transformação gasosa, onde a pressão é mantida constante, é chamada de transformação isobárica. As relações entre volume e temperatura podem ser representadas pelo esquema: Apostila gerada especialmente para: Walter Mello Mazzini 054.594.089-38 34 Graficamente, encontramos: A reta obtida é representada pela equação: V = (constante) · T ou V/T = constante Com isso, ficamos com: Lei de Charles/Gay-Lussac “A volume constante, a pressão exercida por uma determinada massa fixa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta.” Esta transformação gasosa, onde o volume é mantido constante, é denominada de transformação isocórica, isométrica ou isovolumétrica. As relações entre pressão e temperatura são representadas a seguir: Graficamente, encontramos: Apostila gerada especialmente para: Walter
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