Capítulo 1 - QBT

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Capítulo 1 
Introdução: 
matéria e medidas
Estudo da química
• A Química é o estudo das propriedades e do comportamento da matéria,
que é o material físico do universo, isto é, é tudo aquilo que tem massa e
ocupa lugar no espaço.
• Propriedade é qualquer característica que nos permita reconhecer um
determinado tipo de matéria.
• Toda matéria é feita de combinações de cerca de 100 substâncias
chamadas elementos.
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Química é o estudo das propriedades e do comportamento da matéria,
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Propriedade é qualquer característica que nos permita reconhecer um
determinado tipo de matéria.
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matéria
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combinações de cerca de 100 substâncias
chamadas elementos.
Estudo da química
• Há uma relação entre as propriedades da matéria e os elementos
particulares que ela contém.
• Cada elemento é composto por um único tipo de átomo, partícula
fundamental quase infinitamente pequena da matéria.
• As propriedades da matéria se referem tanto aos tipos de átomo contidos
nela (composição) como aos arranjos desses átomos (estrutura), que
podem constituir moléculas.
• Assim, a Química tem dois reinos: o macroscópico, dos objetos de
tamanho comum (macro = grande); e o submicroscópico, de átomos e
moléculas.
Highlight
Cada elemento é composto por um único tipo de átomo
Por que estudar química?
• A Química está no centro de muitos assuntos de interesse público e é
central para garantir uma compreensão básica dos princípios dominantes
de muitos campos relacionados à ciência.
Classificações da matéria
• A matéria é caracterizada por: (1) seu estado físico (gás, líquido ou sólido);
e (2) sua composição (substância simples, composta ou mistura).
• Os estados da matéria diferem em algumas de suas propriedades. Um gás
(também denominado vapor) não tem volume ou forma fixa. Um líquido
apresenta um volume específico independente do recipiente que ocupa,
assumindo a sua forma. Um sólido tem forma e volume definidos.
• Mudanças de temperatura e/ou pressão podem levar à transformação de
um estado da matéria para outro.
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A matéria é caracterizada por
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seu estado físico
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sua composição
Classificações da matéria
• A maioria das formas da matéria que encontramos não são quimicamente
puras. Uma substância pura é a matéria que tem propriedades específicas
e uma composição que não varia em diferentes amostras. Ela pode ser
simples ou composta.
• As substâncias simples são aquelas que não podem ser decompostas em
substâncias mais simples. As substâncias compostas são formadas por
dois ou mais elementos. Já as misturas são combinações de duas ou mais
substâncias em que cada substância mantém a sua identidade química.
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substância pura é a matéria que tem propriedades específicas
e uma composição que não varia em diferentes amostras
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simples ou composta.
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substâncias simples são aquelas que não podem ser decompostas em
substâncias mais simples. As substâncias compostas são formadas por
dois ou mais elementos. Já as misturas são combinações de duas ou mais
substâncias em que cada substância mantém a sua identidade química.
Classificações da matéria
• A maior parte dos elementos, que são representados por símbolos
específicos e organizados na tabela periódica, pode interagir com outros
para formar compostos.
• A observação de que a composição elementar de um composto é sempre
igual é conhecida como lei das proporções constantes (ou lei das
proporções definidas) e foi estabelecida pelo químico francês Joseph
Louis Proust (1754-1826).
Classificações da matéria
• A maior parte da matéria que encontramos consiste em misturas de
diferentes substâncias, que são chamadas de componentes.
• Misturas heterogêneas não possuem composição, propriedades e
aparência iguais em todas as suas partes. Misturas homogêneas, ou
soluções, são uniformes. As soluções podem ser sólidas, líquidas ou
gasosas.
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Misturas heterogêneas não possuem composição, propriedades e
aparência iguais em todas as suas partes. Misturas homogêneas, ou
soluções, são uniformes. As soluções podem ser sólidas, líquidas ou
gasosas.
Classificações da matéria
• Exemplo:
• A aspirina é composta de 60% de carbono, 4,5% de hidrogênio e 35,5% de 
oxigênio em massa, independentemente de sua origem. Consulte a Figura 
1.9 para classificar a aspirina.
• Solução:
• Trata-se um composto porque tem composição constante e pode ser 
separado em vários elementos.
Propriedades da matéria
• As propriedades da matéria são classificadas como físicas ou químicas.
• As propriedades físicas podem ser observadas sem que sejam alteradas a
identidade e a composição da substância.
• As propriedades químicas descrevem como uma substância pode se
transformar, ou reagir, para formar outras substâncias.
• Há também uma outra forma de classificar as propriedades da matéria. As
propriedades intensivas não dependem da quantidade da amostra a ser
analisada. As propriedades extensivas estão relacionadas à quantidade
de substância.
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propriedades físicas podem ser observadas sem que sejam alteradas a
identidade e a composição da substância
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propriedades químicas descrevem como uma substância pode se
transformar, ou reagir, para formar outras substâncias.
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intensivas não dependem da quantidade da amostra a ser
analisada.
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extensivas estão relacionadas à quantidade
de substância.
Propriedades da matéria
• As transformações pelas quais as substâncias passam são físicas ou
químicas. Em uma transformação física, a substância tem sua aparência
física alterada, mas a composição permanece igual. Todas as mudanças de
estado são transformações físicas.
• Em uma transformação química (também denominada reação química),
a substância é convertida em outra quimicamente diferente.
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transformação física, a substância tem sua aparência
física alterada, mas a composição permanece igual. Todas as mudanças de
estado são transformações físicas.
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a transformação química
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a substância é convertida em outra quimicamente diferente.
Propriedades da matéria
• Pode-se separar uma mistura em seus componentes ao considerar as
diferenças de suas propriedades, como cor, reatividade, propriedades
magnéticas etc. Há diversos métodos de separação de misturas.
• Um método importante de separação dos componentes de uma mistura
homogênea é a destilação, processo baseado nas diferentes capacidades
das substâncias para formar gases.
• Já a cromatografia se baseia nas diferentes capacidades das substâncias
para aderir a superfícies de sólidos.
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• Um método importante de separação dos componentes de uma mistura
homogênea é a destilação, processo baseado nas diferentes capacidades
das substâncias para formar gases.
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cromatografia se baseia nas diferentes capacidades das substâncias
para aderir a superfícies de sólidos.
Unidades de medida
• Quando um número representa uma quantidade medida, as unidades
dessa quantidade devem ser especificadas. As unidades utilizadas para
medidas científicas são as do sistema métrico.
• As unidades métricas para uso em medições científicas são chamadas de
unidades do SI, do francês Système International d’Unités.
Unidades de medida
• Esse sistema tem sete unidades básicas, a partir das quais todas as outras
unidades são derivadas.
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Esse sistema tem sete unidades básicas, a partir das quais todas as outras
unidades são derivadas.
Unidades de medida
• Com as unidades do SI, os prefixos são utilizados para indicar frações
decimais ou múltiplos de várias unidades.
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Com as unidades do SI, os prefixos são utilizados para indicar frações
decimais ou múltiplos de várias unidades.
Unidades de medida
• Exemplo: 
(a) Quantos picômetros há em 1m?
(b) Expresse 6,0 x 103 m utilizando um prefixo para substituir a potência de 
dez.
(c) Utilize a notação científica para expressar 4,22 mg em gramas.(d) Utilize a notação decimal para expressar 4,22 mg em gramas.
Unidades de medida
• Solução:
(a) 1012 pm
(b) 6,0 km
(c) 4,22 x 10-3 g 
(d) 0,00422 g
Unidades de medida
• A unidade básica do SI de comprimento, como mostrou a Tabela 1.4, é o
metro. A massa é a medida referente à quantidade de material em um
objeto, e sua unidade básica do SI é o quilograma (kg).
• A temperatura, uma medida relacionada à quentura ou à frieza de um
objeto, é uma propriedade física que determina a direção do fluxo de
calor.
• Para medida de temperatura, utiliza-se a escala Celsius e a escala Kelvin,
unidade básica do SI. Zero Kelvin, ou zero absoluto, é a temperatura mais
baixa que se pode atingir.
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A massa é a medida referente à quantidade de material em um
objeto, e sua unidade básica do SI é o quilograma (kg).
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temperatura, uma medida relacionada à quentura ou à frieza de um
objeto, é uma propriedade física que determina a direção do fluxo de
calor.
Unidades de medida
• Escala Celsius
– Também utilizada em ciência.
– A água congela a 0 oC e entra em ebulição a 100 oC.
– Para converter: 
K = oC + 273,15. 
• Escala Fahrenheit
– Geralmente não é utilizada em ciência.
– A água congela a 32 oF e entra em ebulição a 212 oF.
– Para converter:
( )32-F
9
5
C = ( ) 32C
5
9
F +=
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Escala Celsius
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K = oC + 273,15.
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Escala Fahrenheit
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C =
9
5
( F - 32)
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 =  +
F
5
9
( C) 32
Unidades de medida
• Exemplos: 
(a) A solda é uma liga de estanho e chumbo usada em circuitos eletrônicos. 
Determinada solda tem um ponto de fusão de 224°C. Qual é sua 
temperatura de fusão em graus Fahrenheit?
(b) O hélio possui o ponto de ebulição mais baixo dentre todos os elementos: 
- 452°F. Converta essa temperatura em graus Celsius.
Unidades de medida
• Solução:
(a) °F = (9/5) (°C) + 32 = (9/5) x (224) + 32 = 435,2 = 435°F
(b) °C = (5/9) (°F – 32) = (5/9) x (- 452 – 32) = - 268,9 = - 269°C
Unidades de medida
• Uma unidade derivada do SI é obtida por multiplicação ou divisão de uma
ou mais unidades básicas. Por exemplo, a unidade da velocidade, m/s.
• Outro exemplo: A unidade derivada de volume é a unidade do SI de
comprimento, m, elevada à terceira potência.
• A densidade é definida como a quantidade de massa de uma unidade de
volume de uma substância.
• Nesse caso, é mais comum expressá-la em gramas por centímetro cúbico
(g/cm3) ou gramas por mililitro (g/mL).
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densidade é definida como a quantidade de massa de uma unidade de
volume de uma substância
Unidades de medida
• Exemplo:
• A densidade do gás hélio em 0°C e 1,00 atm é 0,17685 g.L-1. Qual é o 
volume de um balão que contém 10,0 g de hélio nas mesmas condições?
• Solução:
• d = m/v → v = m/d = (10,0 g) / (0,17685 g.L-1) = 56,5 L
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d = m/v
Incerteza nas medidas
• Dois tipos de números são encontrados em trabalhos científicos: números
exatos e números inexatos. Números obtidos por medição são sempre
inexatos.
• Quanto à incerteza de valores medidos, temos a precisão (quão próximas
medidas independentes estão umas das outras) e a exatidão (quão
próximas medidas independentes estão do valor correto ou “verdadeiro”).
• A precisão das medidas é frequentemente expressa em termos de desvio
padrão (o quanto as medidas independentes diferiram da média).
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Números obtidos por medição são sempre
inexatos.
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Quanto à incerteza de valores medidos, temos a precisão (quão próximas
medidas independentes estão umas das outras) e a exatidão (quão
próximas medidas independentes estão do valor correto ou “verdadeiro”).
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precisão das medidas
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desvio
padrão
Incerteza nas medidas
• Em muitos trabalhos científicos, utilizamos a notação (leia-se “mais ou
menos”) com a compreensão de que há sempre alguma incerteza no
último número registrado para qualquer quantidade medida.
• Todos os dígitos de uma quantidade medida, incluindo o incerto, são
chamados de algarismos significativos. Quanto maior for o número de
algarismos significativos, maior será a precisão implícita na medida.
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Quanto maior for o número de
algarismos significativos, maior será a precisão implícita na medida.
Highlight
Quanto maior for o número de
algarismos significativos, maior será a precisão implícita na medida.
Incerteza nas medidas
• Em qualquer medida registrada adequadamente, todos os dígitos
diferentes de zero são significativos. Zeros são considerados significativos
quando são parte do valor medido ou localizam o ponto decimal.
• Ao utilizamos grandezas medidas por meio de cálculos, a medida menos
exata limita a certeza da grandeza calculada e, portanto, determina o
número de algarismos significativos na resposta final.
• Há duas regras: uma para adição e subtração, e outra para multiplicação e
divisão.
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Em qualquer medida registrada adequadamente, todos os dígitos
diferentes de zero são significativos. Zeros são considerados significativos
quando são parte do valor medido ou localizam o ponto decimal.
Incerteza nas medidas
• O número de dígitos informado em uma medida reflete a exatidão da
medida e a precisão do aparelho de medição.
• Todos os algarismos conhecidos com certeza mais um algarismo extra são
chamados de algarismos significativos.
• Em qualquer cálculo, os resultados são informados com o menor número
de algarismos significativos (para multiplicação e divisão) ou com o menor
número de casas decimais (adição e subtração).
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Todos os algarismos conhecidos com certeza mais um algarismo extra são
chamados de algarismos significativos.
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o menor número
de algarismos significativos (para multiplicação e divisão) ou com o menor
número de casas decimais (adição e subtração).
Incerteza nas medidas
• Números diferentes de zero são sempre significativos. (Exemplo: 1,234 Kg
tem 4 algarismos significativos).
• Zeros entre números diferentes de zero são sempre significativos.
(Exemplo: 40.501 Kg possui 5 algarismos significativos).
• Zeros antes do primeiro dígito diferente de zero não são significativos.
(Exemplo: 0,0000349 tem 3 algarismos significativos).
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Números diferentes de zero são sempre significativos.
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Zeros entre números diferentes de zero são sempre significativos.
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Zeros antes do primeiro dígito diferente de zero não são significativos.
Incerteza nas medidas
• Zeros no final do número e após a vírgula são sempre significativos.
(Exemplo: 3,0 cm possui 2 algarismos significativos e 0,0200 g tem 3).
• Zeros no final de um número que não contém vírgula são ambíguos, os
zeros podem ou não ser significativos. (Exemplo: 10.300 g). A notação
científica pode ser utilizada para indicar se os zeros finais são
significativos. 
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Zeros no final do número e após a vírgula são sempre significativos.
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Zeros no final de um número que não contém vírgula são ambíguos, os
zeros podem ou não ser significativo
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s.
Incerteza nas medidas
• A massa de 10.300 g pode ser escrita em notação exponencial mostrando
três, quatro ou cinco algarismos significativos: 
• 1,03 x 104 g (3 algarismos significativos)
• 1,030 x 104 g (4 algarismos significativos)
• 1,0300 x 104 g (5 algarismos significativos)
Incerteza nas medidas
• Exemplo 1:
• Determine o número de algarismos significativos das seguintes medidas: 
(a) 478 cm; (b) 6,01 g; (c) 0,825 m; (d) 0,043 Kg; (e) 1,310 x 1022 átomos; 
(f) 7.000 mL.
• Solução:
• (a) Três, porque todos os dígitos são diferentes de zero.
Incerteza nas medidas
• (b) Três, pois os zeros entre dígitos diferentes de zero são significativos.
• (c) Três, visto que os zeros à esquerda do primeiro dígito diferente de zero 
não contam como algarismos significativos.
• (d) Dois, pela mesma razão do item (c). 
• (e) Quatro, porque todos os zeros escritos à direita da vírgula contam 
como algarismos significativos.
• (f) Esse é um casoambíguo. O número de algarismos significativos pode 
ser quatro (7,000 x 103), três (7,00 x 103), dois (7,0 x 103) ou um (7 x 103).
Incerteza nas medidas
• Exemplo 2:
• Realize as seguintes operações aritméticas indicando o número correto de 
algarismos significativos: (a) 11.254,1 g + 0,1983 g; (b) 8,16 m x 5,1355.
• Solução:
• (a) 11.254,2983 g = 11.254,3 g
• (b) 41,90568 m = 41,9 m
Análise dimensional
• Na análise dimensional, as unidades são multiplicadas ou divididas entre
si, junto com os valores numéricos, assim como unidades equivalentes são
canceladas para garantir que os resultados dos problemas estejam nas
unidades adequadas.
• Para converter uma unidade em outra em uma análise dimensional,
utiliza-se fatores de conversão, ou seja, uma fração cujo numerador e
denominador sejam a mesma quantidade expressa em unidades
diferentes.
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Na análise dimensional, as unidades são multiplicadas ou divididas entre
si, junto com os valores numéricos, assim como unidades equivalentes são
canceladas para garantir que os resultados dos problemas estejam nas
unidades adequadas.
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fatores de conversão, ou seja, uma fração cujo numerador e
denominador sejam a mesma quantidade expressa em unidades
diferentes.
Análise dimensional
• Devemos perguntar sempre, que fatores de conversão estão disponíveis
para nos fazer chegar às unidades desejadas a partir das unidades de 
quantidades fornecidas.
• Quando multiplicamos uma quantidade por um fator de conversão, as
unidades são multiplicadas e divididas da seguinte maneira:
• Unidade dada x ( unidade desejada / unidade dada) = unidade desejada 
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Unidade dada x ( unidade desejada / unidade dada) = unidade desejada
Análise dimensional
• Exemplo:
• O consumo médio diário de glicose (uma forma de açúcar) por uma 
pessoa é de 0,0833 libras (lb). Qual a massa em miligramas (mg)? (1 lb = 
453,6 g)
• Solução:
• A sequência de conversão é:
Análise dimensional
• Libras → gramas → miligramas
• Usando os seguintes fatores de conversão
• 453,6 g / 1 lb e 1 mg / 1 x 10-3 g
• Obtemos a resposta em um único passo:
• Massa em mg = 0,0833 lb x (453,6 g / 1 lb) x (1 mg / 1 x 10-3 g) 
= 3,78 x 104 mg