Transformações da matéria

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Estados Físicos da Matéria
Estados físicos da matéria ou fases são as diferentes formas de como uma substância pode se apresentar no espaço.
Sólido
Líquido
Vapor
Os principais são:
É quando os átomos das moléculas constituintes da matéria estão em um estado de agitação baixo, podendo ser concentrados mais átomos em um mesmo espaço físico. Possui forma e volume fixos.
Ex.: Bola de bilhar. 
Por exemplo, a bola de bilhar, pode ser colocada em qualquer tipo de recipiente que ela não tomará a forma do recipiente, e o seu volume não vai aumentar ou diminuir.
A força de atração é maior que a força de repulsão entre suas moléculas
Sólido
Sólido
Líquido
Ocorre quando as moléculas já estão um pouco mais dispersas em relação à mesma matéria no estado sólido. Substâncias no estado líquido têm volume fixo, porém a sua forma pode variar. 
A força de atração é aproximadamente igual à força de repulsão entre suas moléculas
Por exemplo, a água, se estiver em um copo, toma a forma do copo, se estiver na jarra, fica na forma da jarra.
Ex.: Água. 
Líquido
Vapor
Acontece quando as partículas que formam a matéria estão bastante afastadas, dispersas no espaço. Por isso, elas podem ter a forma e o volume variáveis. 
A força de atração é menor que a força de repulsão entre suas moléculas 
Por exemplo, o oxigênio pode ser comprimido dentro de um cilindro e tomar a forma desse cilindro. 
Ex.: Oxigênio. 
Imagem: Jlpons / domínio público.
Mudanças de Estado Físico
A influência de fatores externos como Pressão e Temperatura fazem a matéria se apresentar ora em um, ora em outro estado físico. 
 As mudanças de um estado físico para outro recebem denominações específicas... 
Ex.: Água coexistindo nos três estados físicos.
Mudanças de Estado Físico
Absorvem calor
(transformações endotérmicas)
Liberam calor
(transformações exotérmicas)
Solidificação
Condensação (Liquefação)
Sólido (ordem)
Líquido
Fusão
Vaporização
Sublimação
Vapor ou gás (desordem)
Imagem: Prattflora / GNU Free Documentation License.
Imagem: Tysto / domínio público.
Imagem: P.wormer / GNU Free Documentation License.
Evaporação
Ebulição
Calefação
Características Importantes nas Mudanças de Estado Físico
Ponto de Fusão/Solidificação
Ponto de Fusão (PF) é a temperatura em que uma substância muda do estado sólido para o estado líquido.
Ponto de Solidificação (PS) corresponde ao processo inverso, embora as temperaturas sejam equivalentes. 
Obs. O PF e o PS são obtidos em uma dada pressão. Quando esta não é citada, considera-se a pressão atmosférica
Características Importantes nas Mudanças de Estado Físico
Ponto de Ebulição/Liquefação
Ponto de Ebulição (PE) a temperatura em que uma substância muda do estado líquido para o estado de vapor.
Ponto de Liquefação (PL) ou de Condensação (PC) corresponde ao processo inverso, embora as temperaturas sejam equivalentes. 
Obs. O PE e o PL ou PC são obtidos em uma dada pressão. Quando
 esta não é citada, considera-se a pressão atmosférica
ÁGUA PURA
Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
Sólido
Sólido
+
Líquido
Líquido
+
Vapor
Vapor
PF = 0°C
PE = 100°C
Líquido
– 10°C
Diagrama de Mudança de Estado Físico
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Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
O2 N2: SIMPLES 
CO2 H2O NH3 NH4 HCl: COMPOSTAS
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Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
ÁGUA + AÇÚCAR
Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
Sólido
Sólido
+
Líquido
Líquido
+
Vapor
∆TE
– 15°C
∆TF
Vapor
Líquido
Diagrama de Mudança de Estado Físico
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Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
Sólido
+
Líquido
Líquido
+
Vapor
MISTURAS EUTÉTICAS
∆TE
– 15°C
TF
Sólido
Vapor
Líquido
Misturas Eutéticas são misturas que mantêm sua temperatura constante durante a fusão/solidificação.
Diagrama de Mudança de Estado Físico
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Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Temperatura (°C) a 1 atm
Tempo
Sólido
e
Líquido
Líquido
+
Gasoso
TE
– 15°C
∆TF
Sólido
Vapor
Líquido
Misturas Azeotrópicas são misturas que mantêm sua temperatura constante durante a vaporização/condensação.
Diagrama de Mudança de Estado Físico
MISTURAS AZEOTRÓPICAS
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Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Influência da Pressão
Pressão e Temperatura são grandezas diretamente proporcionais, assim, quanto MAIOR A PRESSÃO, MAIOR A TEMPERATURA DE EBULIÇÃO.
Temperatura T
Temperatura 3T
Imagem: Egmason / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
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Segundo nível
Terceiro nível
Quarto nível
Quinto nível
Influência da Altitude
Quanto MAIOR a ALTITUDE, MENOR a TEMPERATURA DE EBULIÇÃO e vice-versa, visto que Pressão e Temperatura são grandezas diretamente proporcionais. Por esse motivo, a água ferve a uma temperatura mais baixa nas montanhas do que ao nível do mar!
pressão maior
pressão menor
altitude
0m
2.203 m
3.640 m
8.844 m
Recife
Cidade do México
LaPaz
Monte Everest
La Paz: 87 ºC
 3600 m
Quito: 90 ºC
		 2850 m
Brasília: 96 ºC
			 1100 m
São Paulo: 98 ºC
				 750 m
Santos: 100 ºC
				Nível do mar	 0 m
Altitude
EXEMPLO:
Qual a diferença entre VAPOR e GÁS?
VAPOR: Estado Físico que é capaz de estar em equilíbrio com o Estado Líquido ou Sólido, ou transformar-se nesses estados a partir da variação da Pressão ou Temperatura.
Ex.: Quando colocamos água para ferver numa chaleira, obtemos água no estado de vapor.
Imagem: Erich Ferdinand / Creative Commons Attribution 2.0 Generic.
GÁS: Estado Físico que não pode ser alterado apenas pela da variação da Temperatura. Para que haja mudanças no Estado Físico de um gás, é necessário que se varie a sua Pressão.
Ex.: O gás de cozinha (GLP – Gás Liquefeito de Petróleo). Dentro do botijão, ele se encontra no estado líquido por estar a altas pressões.
Imagem: Krish Dulal /  GNU Free Documentation License.
Qual a diferença entre VAPOR e GÁS?
Demócrito (470-360 a.C.) 
Leucipo (séc. V a.C.)
Este limite seriam partículas bastante pequenas que não poderiam mais ser divididas, os ÁTOMOS INDIVISÍVEIS.
Evolução dos Modelos Atômicos
A matéria NÃO pode ser dividida infinitamente.
A matéria tem um limite com as características do todo.
do Ensino Fundamental
Aristóteles rejeita o modelo de Demócrito
Aristóteles acreditava que toda matéria era contínua e composta por quatro elementos: AR, ÁGUA, TERRA e FOGO.
O Modelo de Demócrito permaneceu na sombra durante mais de 20 séculos.
Aristóteles (384 a.C. - 322 a.C.)
 
AR
FOGO
TERRA
ÁGUA
do Ensino Fundamental
Modelo Atômico de Dalton (Modelo da Bola de Bilhar)
As ideias de Demócrito permaneceram inalteradas por aproximadamente 2200 anos. Em 1808, Dalton retomou-as sob uma nova perspectiva: A EXPERIMENTAÇÃO.
Não explicou a Eletricidade nem a Radioatividade.
Os átomos são esféricos, maciços, indivisíveis e indestrutíveis.
Os átomos de elementos diferentes têm massas diferentes.
Os diferentes átomos se combinam em várias proporções, formando novas substâncias.
Os átomos não são criados nem destruídos, apenas trocam de parceiros para produzirem novas substâncias.
PROBLEMAS DO MODELO
John Dalton (1766 - 1844)
Imagem: Arthur Shuster & E. Arthur Shipley / A Temple of Worthies / John Dalton, 1917/ Londres / domínio público.
do Ensino Fundamental
O
O
H
H
Gás oxigênio
Gás hidrogênio

H
H
+
+
O
H
H
+
O
H
H
água
C
CH4
SUBSTÂNCIA SIMPLES
SUBSTÂNCIA COMPOSTA
Modelo Atômico de Thomson
(Modelo do Pudim de Passas)
J. J. Thomson (1856-1909)
Thomson propôs que o átomo seria uma espécie de bolha gelatinosa, completamente maciça na qual haveria a totalidade da carga POSITIVA homogeneamente distribuída.
O Modelo Atômico de Thomson foi derrubado em 1908 por Ernerst Rutherford.Incrustada nessa gelatina estariam os Elétrons de carga NEGATIVA.
A Carga total do átomo seria igual a zero.
do Ensino Fundamental
Ernest Rutherford (1871 - 1937)
Experimento de Rutherford
Caso o Modelo de Thomson estivesse CORRETO...
Como o átomo, segundo Thomson, era uma espécie de bolha gelatinosa, completamente neutra, no momento em que as partículas Alfa (numa velocidade muito grande) colidissem com esses átomos, passariam direto, podendo sofrer pequeníssimos desvios de sua trajetória.
Rutherford propõe a dois de seus alunos - Johannes Hans Wilhelm Geiger e Ernerst Marsden - que bombardeassem finas folhas de metais com as partículas alfa, a fim de comprovar, ou não, a validade do modelo atômico de Thomson.
Feixe de 
radiação alfa
Bloco de chumbo
Com orifício
Bloco de chumbo
Polônio
Lâmina 
extremamente 
fina de ouro
Manchas
fotográficas
Papel 
fotográfico
++
Ernest Rutherford (1871 - 1937)
A maioria das partículas alfa atravessam a lâmina de ouro sem sofrer desvios.
Algumas partículas alfa sofreram desvios de até 90º ao atravessar a lâmina de ouro.
Algumas partículas alfa RETORNARAM.
O que Rutherford observou
Então, como explicar esse fato?
Imagem: Bain News Service / domínio público.
Proposta de Rutherford para explicar as observações do laboratório
Para que uma partícula alfa pudesse inverter sua trajetória, deveria encontrar uma carga positiva bastante concentrada na região central (o NÚCLEO), com massa bastante pronunciada.
Rutherford propôs que o NÚCLEO, conteria toda a massa do átomo, assim como a totalidade da carga positiva (chamadas de PRÓTONS).
Os elétrons estariam girando circularmente ao redor desse núcleo, numa região chamada de ELETROSFERA.
Sistema Solar
Surge assim, o ÁTOMO NUCLEAR!
Modelo Planetário
O problema do Modelo Atômico de Rutherford
Para os físicos, toda carga elétrica em movimento, como os elétrons, perde energia na forma de luz, diminuindo sua energia cinética e a consequente atração entre prótons e elétrons faria com que houvesse uma colisão entre eles, destruindo o átomo. ALGO QUE NÃO OCORRE.
By Prof. Leandro Lima
+
-
Energia
Perdida - LUZ
Portanto, o Modelo Atômico de Rutherford, mesmo explicando o que foi observado no laboratório, apresenta uma INCORREÇÃO. 
Postulados de Bohr
A ELETROSFERA está dividida em CAMADAS ou NÍVEIS DE ENERGIA (K, L, M, N, O, P e Q), e os elétrons nessas camadas, apresentam energia constante.
Em sua camada de origem (camada estacionária), a energia é constante, mas o elétron pode saltar para uma camada mais externa, sendo que, para tal, é necessário que ele ganhe energia externa.
Um elétron que saltou para uma camada de maior energia fica instável e tende a voltar a sua camada de origem. Nesta volta, ele devolve a mesma quantidade de energia que havia ganhado para o salto e emite um FÓTON DE LUZ.
Imagem: Pilaf / GNU Free Documentation License.
Aumentar a energia 
das orbitais
Um fóton é emitido com energia E = hf
39
10
20
Se o núcleo é formado de partículas positivas, os prótons, por que elas não se repelem?
Ciências, 9º Ano do Ensino Fundamental
Estudo do átomo e modelos
Em 1932, James Chadwick descobriu a partícula do núcleo atômico responsável pela sua ESTABILIDADE, que passou a ser conhecida por NÊUTRON, devido ao fato de não ter carga elétrica. Por essa descoberta ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1935.
James Chadwick (1891 - 1974)
A descoberta do Nêutron
Partículas do átomo
Os prótons têm carga elétrica
positiva, os elétrons carga
negativa e os nêutrons
não têm carga nenhuma.
Nêutrons
Prótons
Elétrons
Núcleo
Diagrama de Linus Pauling
Linus Pauling (1901 — 1994)
Linus Pauling criou um diagrama para auxiliar na distribuição dos elétrons pelos subníveis da eletrosfera.
	Subnível	Número máximo de elétrons
	s	2
	p	6
	d	10
	f	14
Neste caso, o “3” representa o NÍVEL ENERGÉTICO (CAMADA ELETRÔNICA). O “s” representa o SUBNÍVEL ENERGÉTICO. O “2” representa o NÚMERO DE ELÉTRONS na camada.
O que representa cada número desse?
Por exemplo:
3s²
Imagem: Nobel Foundation / domínio público.
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
7p
3d
4d
5d
6d
4f
5f
2
8
18
32
32
18
8
Ca20: 1s² 2s² 2p6 3s² 3p6 4s²
Mais energético: 3d¹
Mais externo: (camada de valência): 4s²
Determine a distribuição eletrônica do elemento químico Cloro (Cl)
Exemplo de aplicação
Como o Cloro possui número atômico z = 17, o número de prótons também é p = 17. E como ele está neutro, o número de elétrons vale e = 17.
Fazendo a distribuição pelo diagrama de Linus Pauling, temos:
Cl
17
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
O último termo representa a CAMADA DE VALÊNCIA (NÍVEL MAIS ENERGÉTICO DO ÁTOMO). Neste caso, a 3ª Camada (camada M) é a mais energética.
Faça a distribuição eletrônica do Ca.
Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
CV: 4 mais externa 
Energética: 4s² 
Sc 21: 1s² 2s² 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
CV: 4
Mais energético: 3d1
Próton
Nêutron
Elétron
Número de prótons: ________
Nome do elemento: ___________
5
BORO
4
BERÍLIO
2
HÉLIO
Os diferentes tipos de átomos 
(elementos químicos) 
são identificados pela quantidade de prótons (P) que possuem
Esta quantidade de prótons recebe
o nome de
NÚMERO ATÔMICO
e é representado pela letra “ Z ”
Identificando o átomo
Z = P
Ao conjunto de átomos com o mesmo número atômico, damos o nome de ELEMENTO QUÍMICO.
47
Número de Massa (A)
É a SOMA do número de PRÓTONS (p), ou NÚMERO ATÔMICO (z), e o número de NÊUTRONS (n).
ou
Próton
Nêutron
Elétron
A Massa atômica está praticamente toda concentrada no núcleo, visto que a massa do elétron é desprezível se comparada com a do próton ou a do nêutron.
No nosso exemplo, temos:
p = 4 e n = 5. Então:
Logo:
X
Z
A
X
Z
A
ou
C
6
12
Cl
17
35
Representação de um Elemento Químico
De acordo com a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), devemos indicar o número atômico (Z) e o número de massa (A), junto ao símbolo de um elemento químico ao representá-lo.
EXEMPLOS
	NOME DO ELEMENTO	Carbono	Ferro	Cloro
	NÚMERO DE MASSA (A)	12	56	35
	NÚMERO ATÔMICO (z)	6	26	17
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	6	26	17
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	6	26	17
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	6	30	18
Fe
26
56
Próton
+
Nêutron
0
Elétron
–
+
+
+
+
–
–
Be
4
8
2+
íon CÁTION – PERDEU dois elétrons – ficou POSITIVO
–
–
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
–
–
–
–
–
íon ÂNION – GANHOU dois elétrons – ficou NEGATIVO
Íons
Elementos químicos que possuem números diferentes de prótons e elétrons, perderam ou ganharam elétrons, gerando uma diferença de cargas.
O
8
16
2–
50
Elementos ISÓTOPOS
Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS ATÔMICOS, porém com NÚMEROS DE MASSA DIFERENTES (pois possuem diferentes números de nêutrons).
	NOME DO ELEMENTO	Cloro	Cloro
	NÚMERO DE MASSA (A)	35	37
	NÚMERO ATÔMICO (z)	17	17
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	17	17
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	17	17
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	18	20
Cl
17
35
Cl
17
37
EXEMPLO
Alguns isótopos recebem nomes diferentes entre si.
EXEMPLO
	NOME DO ELEMENTO	Hidrogênio 1	Hidrogênio 2	Hidrogênio 3
	NOME ESPECIAL	MONOTÉRIO	DEUTÉRIO	TRITÉRIO
		Hidrogênio leve	Hidrogênio pesado	Trítio
	NÚMERO DE MASSA (A)	1	2	3
	NÚMERO ATÔMICO (z)	1	1	1
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	1	1	1
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	1	1	1
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	0	1	2
H
1
1
H
1
2
H
1
3
Dentre outros exemplos, podemos citar o Carbono (C) e o Fósforo (P).
Elementos ISÓBAROS
Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE MASSA, porém com NÚMEROS ATÔMICOS DIFERENTES.
	NOME DO ELEMENTO	Cálcio	Potássio
	NÚMERO DE MASSA (A)	40	40
	NÚMERO ATÔMICO (z)	20	19
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	20	19
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	20	19
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	20	21
Ca
20
40
K
19
40
EXEMPLO
Elementos ISÓTONOS
Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE NÊUTRONS, porém com NÚMEROS ATÔMICOS e NÚMEROS DE MASSA DIFERENTES.
	NOME DO ELEMENTO	CálcioPotássio
	NÚMERO DE MASSA (A)	40	39
	NÚMERO ATÔMICO (z)	20	19
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	20	19
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	20	19
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	20	20
Ca
20
40
K
19
39
EXEMPLO
do Ensino Fundamental
Átomos ISOELETRÔNICOS
Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE ELÉTRONS.
	NOME DO ELEMENTO	Sódio	Oxigênio	Neônio
	NÚMERO DE MASSA (A)	23	16	20
	NÚMERO ATÔMICO (z)	11	8	10
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	11	8	10
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	10	10	10
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	12	8	10
EXEMPLO
Ne
10
20
Na
11
23
+
O
8
16
2-
	Nome	Região do átomo	Símbolo	Carga (C)	Massa
relativa ao próton	Massa (g)
	Elétron	Eletrosfera	e	-1,6x10-19	1/1840	9,11x10-28
	Próton	Núcleo	p	1,6x10-19	1	1,67x10-24
	Nêutron	Núcleo	n	0	1	1,67x10-24
Principais características das partículas elementares do átomo
Próton
Nêutron
1.836
elétrons
Próton
Nêutron
1.836
elétrons
6
10
14
2
6
10
14
2
6
10
2
6
10
2
6
2
6
2
2
7p
6d
5f
7s
6p
5d
4f
6s
5p
4d
5s
4p
3d
4s
3p
3s
2p
2s
1s