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AULA 01: MATÉRIA E SEPARAÇÃO DE MISTURAS 1 - A QUÍMICA COMO CIÊNCIA A ciência costuma ser dividida em áreas, de acordo com o que é o seu foco de estudo. Assim, a Biologia estuda a vida, a Historia os fatos do mundo inteiro, bem como suas interações com o Homem, o Português as formas de comunicação, bem como as variantes linguisticas, e a Química estuda a matéria, isto é, tudo aquilo que possui massa e volume. Então, o foco de estudo da Química é tudo aquilo que vos cerca, inclusive você estudante. Mas ja foi citado acima, que a ciência que estuda os seres vivos é a Biologia, porém veremos a diante que todos nós somos matéria, e que somos compostos por partículas bem pequenas, chamadas de átomos. Assim, somos, também, por vezes, foco de estudo da Química. Nas palavras do cientista Carl Sagan : “ Somos todos poeiras das estrelas” Então, prepare-se para o estudo de uma ciência extremamente rica em detalhes, para que possamos entender melhor o universo em que vivemos. 2 - CLASSIFICAÇÕES MACROSCÓPICAS DA MATÉRIA - ESTUDO MACROSCOPICO Como ja mencionado, a Química estuda a matéria. Assim sendo, é justo começarmos nossos estudos de química discutindo um pouco sobre a matéria. 3.1 - QUANTO AO ESTADO FÍSICO A matéria pode ser sólida, líquida ou gasosa. 3.1.1 - O ESTADO SÓLIDO Uma característica marcante do estado solido é a sua pouca fluidez, isto é, flui, se move muito pouco. Repare no esquema acima, que no estado sólido, as partículas se encontram bem ordenadas, “presas” umas as outras, sendo assim, com pouco grau de movimento. Isto explica sua baixa fluidez, o fato de sólidos terem volume e formas bem fixas etc. 3.1.2 - O ESTADO LÍQUIDO Ja o estado liquido apresenta uma melhor fluidez, tanto que assumem a forma do recipiente que os contêm. Por exemplo, ao colocarmos um copo de agua em um copo, a agua assume o formato do copo. Fluem melhor que os sólidos. Assim como o estado sólido, possuem volume fixo. 3.1.3 - O ESTADO GASOSO O estado gasoso apresenta ainda uma maior fluidez, tendo em vista que as partículas apresentam um grau de movimento bastante elevado, como se não estivessem presas umas as outras como no estado sólido. Assim, os gases não possuem um volume fixo, mas sim o volume do recipiente que os contêm, podendo assim ter volume variável. 3.1.4 - MUDANÇAS DE ESTADO O fato da matéria se apresentar no estado solido, por exemplo, não garante que ela sera para sempre um sólido. A própria água no estado sólido, gelo, pode sofrer transformações em seu estado físico. Assim, a matéria pode sofrer mudanças de estado físico. Estas transformações acontecem com absorção ou liberação de calor. Por exemplo, para promover a vaporização da água liquida, ela deve ser aquecida. Para promover a solidificação ela deve ser resfriada. OBS: A vaporização costuma receber diferentes nomes: a) Evaporação: uma vaporização lenta e natural, que ocorre, inicialmente, na superfície do líquido. Por exemplo, o secar das roupas em um varal. b) Ebulição: um vaporização mais rápida que a evaporação, ja que é causada por um aumento na temperatura. Assim, a temperatura em que uma substância sofre ebulição, é chamada de ponto de ebulição. O ponto de ebulição da água é de 100ºC. c) Calefação: uma vaporização instantânea, muito rápida, como quando a água encosta em uma superfície muito quente, com a emissão de um som característico, “tsisss”. 3.2 - QUANTO A COMPOSIÇÃO Não é novidade que a matéria é formada por substâncias. Assim, ela pode ser formada por uma única substância ou por várias substâncias. Então, é comum classificarmos a matéria em relação ao número de substâncias que a forma. 3.2.1 - SUBSTÂNCIA PURA O nome é bastante sugestivo, e refere- se a matéria formada por uma única substância. Exemplo: água + gelo No exemplo temos uma única substância. Aparenta ser duas, mas não se engane, é uma mesma substância em estados físicos diferentes. 3.2.2 - MISTURAS Refere-se a matéria formada por mais de uma substância. Exemplo: Água + óleo de cozinha No exemplo temos duas substâncias diferentes, a água e o óleo. 3.3 - QUANTO AO NÚMERO DE FASES Chamamos de fase, qualquer porção uniforme da matéria. Assim, classificamos a matéria, também, em HOMOGÊNEA ou HETEROGÊNEA. a) Homogênea: apresenta uma única fase, sendo assim, impossível de fazer qualquer distinção a olho nú. Exemplo: considere uma mistura formada por água e uma pitada de açúcar. Repare que temos duas substâncias diferentes, porem é impossível observar fases diferentes, isto é, uma porção contendo açúcar e outra contendo agua. Mas vemos uma única porção, uma única fase. b) Heterogênea: apresenta mais de uma fase, podendo facilmente distingui-las a olho nú. Exemplo: considere uma mistura formada por óleo e agua, como ja mencionado acima. ATENÇÃO: é muito fácil fazer uma confusão entre estes dois últimos modos de classificar a matéria. Chamar de substancia pura ou mistura e homogênea ou heterogênea, é classificar de modo INDEPENDENTE a matéria. Dizer que é substancia pura não é um pré requisito para chamar de homogênea, ou que mistura será sempre heterogênea. Repare nos exemplos que existem misturas homogéneas e também heterogéneas. Ou que existe substancia pura, que é heterogênea, como no caso da agua + gelo. 3.4 - QUANTO AO NUMERO DE ELEMENTOS QUÍMICOS: Rapidamente, elementos químicos são os tipos de atomos encontrados na natureza ou produzidos artificialmente. Assim, existem substancias formadas por um unico elemento, e substancias formadas por mais de um elemento químico. a) Substancias simples: sao substancias formadas por um único elemento químico. Exemplo: H2 , N2 , O2 , He. b) Substancias Compostas: sao substancias formadas por mais de um elemento químico Exemplo: H2O , H2SO4 , C6H12O6 . 2 - PROPRIEDADES DA MATÉRIA 2.1 - PROPRIEDADES GERAIS: Sao propriedades comuns a toda a matéria, ou seja, toda a matéria, não interessa como seja a sua composição, terão em comum, estas propriedades. São elas: massa, extensão, impenetrabilidade, divisibilidade, compressibilidade e elasticidade. 2.2 - PROPRIEDADES ESPECIFICAS: Estas são as propriedades mais importantes, pois ajuda a distinguir e classificar a materia, como veremos adiante. Se dividem em propriedades físicas, organolepticas e funcionais. a) Propriedades Fisicas As mais importantes sao o ponto de fusão, ponto de ebulição, e densidade. Neste momento daremos mais atenção a densidade, ponto de fusão e ebulição veremos mais adiante. Assim, definimos densidade como uma razão entre a massa e volume: A densidade ajuda a explicar muitas coisas, como por exemplo, o porquê de uma moeda afundar no mar e um navio que é muito mais pesado flutuar. Geralmente a unidade para a densidade é g/cm3 , e são valores tabelados, isto é ja fizeram o calculo da densidade para um grande numero de substancias. Porem precisamos decorar o valor de pelo menos uma destas substancias, que é a agua. Sua densidade vale 1g/cm3. b) Propriedades Organolépticas Sao propriedades que percebemos através do uso de algum dos nossos sentidos, como cheiro, sabor, cor, textura etc. c) Propriedades Funcionais Sao propriedades muito importantes, e que estudaremos mais sobre elas a seguir. Estas propriedades explicam o comportamento de algumas substancias em algumas reações químicas. 4 - DIFERENCIANDO SUBSTÂNCIAS PURAS DE MISTURAS: Umadas maneiras de diferenciarmos substancias puras de misturas, é através de algumas propriedades físicas, como ponto de fusão, temperatura na qual ocorre a fusão, e o ponto de ebulição, temperatura na qual ocorre a ebulição. As substâncias puras possuem um ponto de fusão e ebulição definidos. Isto é, quando ocorre a mudança de fases a temperatura permanece constante. Veja no gráfico abaixo: Repare que quando a fusão acontece, em 0ºC, a temperatura não muda até que a mudança de fases termine. O mesmo ocorre para a ebulição, em 100ºC. Este gráfico é da água pura. Para um mistura, as mudanças de fases podem ocorrer acompanhada de pequenas variações na temperatura. Veja: Repare que no primeiro gráfico, a fusão ocorre a uma temperatura fixa, porém a ebulição ocorre com um pequena variação de temperatura. Chamamos este tipo de mistura de mistura eutética. No segundo grafico ocorre o contrario, a fusão ocorre com variação de temperatura enquanto a ebulição ocorre em uma mesma temperatura. A estas misturas chamamos de misturas azeotrópicas. 5 - FENÔMENOS QUÍMICOS X FENÔMENOS FÍSICOS: Até aqui demos uma olhada em fenômenos físicos, isto é mudanças de estados físicos. Porém, outro tipo de mudança esta bem presente na natureza, e ate mesmo em seu dia a dia, como o surgimento da ferrugem, onde antes existia apenas ferro metálico, ou o queimar de um papel pelo fogo, onde ocorre a formação de gases. Este tipo de transformação chamamos de fenômenos químicos. Diferente de uma transformação física, uma transformação química muda muito mais que simplesmente o estado fisico, muda a composição da matéria, ou seja, produz novas substâncias que antes não existiam. Exemplos: Vejamos a combustão do etanol: O etanol, de fórmula C2H6O, é transformado em novas substancias, no caso o dióxido de carbono e água. A transformação acima é chamada de REAÇÃO QUÍMICA. 6 - SEPARAÇÃO DE MISTURAS: 6.1 - INTRODUÇÃO Como vimos, existem dois tipos de misturas, homogéneas e heterogéneas. Assim, é claro que existirão métodos específicos para separar cada uma destas misturas, de acordo com cada necessidade. 6.2 - MÉTODOS MECÂNICOS Estes métodos são utilizados para separar as misturas heterogéneas, pois se pararmos para pensar, estas duas substancias são facilmente distinguíveis, logo não são necessários métodos muito sofisticados para separar estes tipos de misturas. Os principais métodos sao: a - Catação Este método é muito utilizado para separar dois sólidos com tamanhos facilmente distinguíveis. b - Separação Magnetica ou Imantação Este método serve para separar dois sólidos, onde um deles é atraído por um ímã. c - Peneiração ou Tamisação Alguns procedimentos culinarios, ou ate mesmo a construcao civil, necessitam de materiais bem refinados. Assim, por exemplo, costuma-se refinar a farinha de trigo com o auxilio de uma peneira, a areia comprada em uma casa de materiais par o uso em uma construção. O nome deste tipo de procedimento, que separa sólidos, com tamanhos diferentes, através do uso de uma peneira, é a penetração. d - Filtracao A filtracao, é sem duvidas, o método de separação mais famoso que existe. Em qualquer lugar, sejam em nossas casas, ou na escola, temos um filtro para filtrar a agua que consumimos. Um filtro é algo que seleciona o que ira passar por ele. Para nos, a filtração terá o seguinte esquema pratico: Repare que dentro do funil temos um papel de filtro. É este papel quem promove a filtracao. Assim, a filtração é utilizada para separar um solido de um liquido ou um solido de um gas como em um aspirador de pó. e - Decantação Ja reparou que em uma jarra de suco, quando deixada por muito tempo em repouso, ocorre separacao entre a polpa do suco e a agua? O nome deste processo de separacao envolvendo um solido e um liquido, ou dois liquidos, com densidades diferentes, chamamos de decantação. Cabe ressaltar que a substancia mais densa estará sempre no fundo do recipiente. Podemos separar as substancias utilizando um sifão, em um processo chamado de sifonacao, como demonstrado na figura abaixo. f - Centrifugação As vezes, demora muito para um solido e um liquido decantarem, assim, é interessante acelerar a decantação. Isto é feito através da centrifugação. Note que a centrifuga quando ligada, realiza um movimento circular. E ai já reparou que quando estamos em um carro, percorrendo uma curva, nossos corpos são empurrados como se fossem pra fora da curva? O nome desta força é força centrifuga. A força centrifuga empurra o solido mais denso para fora da curva, isto é, para o fundo do recipiente. g - Levigação Tecnica utilizada para separar solidos através do uso de uma corrente de agua. Muito utilizada no garimpo. h - Dissolução Fracionada Como deveríamos proceder para separarmos uma mistura formada por areia e sal de cozinha? Ate agora, com as técnicas apresentadas, seria impossível separar. Assim, uma ideia que vem muito a nossa mente é adicionar agua ao meio, pois a agua dissolve bem o sal de cozinha, mas nao muito bem a areia. Entao, a dissolução fracionada consiste em separar dois sólidos, através do uso de um solvente capaz de dissolver apenas um deles. i - Flotacao ou Sedimentação Fracionada Consiste em separar dois sólidos com densidades diferentes, através do uso de um liquido com densidade intermediaria a densidade dos sólidos, para que, quando adicionado, fique entre os sólidos, separando-os. 6.3 - MÉTODOS FÍSICOS Separar misturas homogeneas é um pouco mais dificil, se comparadas as misturas heterogéneas, e, por isso, os metodos mecânicos nao sao suficientes. Como separar uma mistura homogênea de agua e sal de cozinha com os metodos apresentados ate aqui? Assim, é necessario estudarmos novos métodos. a - Evaporação Estes metodos fisicos sao mais comuns que você possa imaginar. Por exemplo, nas salinas ocorre a separação da agua do mar dos sais. A agua evapora pela acao do sol e do vento, enquanto o sal solido estará cristalizado. b - Destilacao Simples Assim como na evaporação, a destilação simples é muito utilizada para separar um solido de um liquido, porem com duas pequenas diferenças: enquanto a evaporação é bem natural, a destilação é um processo laboratorial e industrial, e a agua na evaporação nao pode ser recuperada, enquanto na destilação obtemos as duas substancias no final. Este processo baseia-se no fato de o solido e o liquido possuirem temperaturas de ebulição diferentes, se transformado em vapor em temperaturas diferentes. A agua ao vaporizar no balão de destilação se desloca ate o condensador. Repare que no condensador temos uma entrada e uma saída de agua. Esta agua deixa o vidro do condensador gelado. Entao, quando o vapor quente esbarra nas paredes geladas do condensador, o vapor perde calor, esfria, e com isto volta ao estado liquido, isto é, sofre condensacao. A agua liquida escorre ate o outro balão para ser estocada. Este tipo de destilacao é indicado para separar duas substancias, cujo a diferença entre seus pontos de ebulição seja superior a 80ºC. Por isso, muita das vezes indicada para separar um solido de um liquido. c - Destilacao Fracionada O principio da destilacao fracionada é o mesmo da destilação simples, isto é, separar substancias com pontos de ebulição diferentes. Entretanto, ela é muito utilizada para separar substancias cujo a diferença entre os pontos de ebulição seja menor que 80ºC, como uma mistura de agua e álcool, ou para promover separações mais complexas, como a destilaçãodo petróleo. O funcionamento é o mesmo, mas repare uma pequena diferenca, pois temos uma vidraria a mais, a coluna de fracionamento. Veja a destilacao do petroleo: 3.4 - Fusão Fracionada Separar solidos com pontos de fusão diferentes, como por exemplo ferro + chumbo. 3.5 - Liquefação Fracionada Durante a primeira guerra mundial a Alemanha utilizava amônia para produção de armamentos, porem, enfrentava algumas dificuldades, ja que a amônia era importada do Chile. Assim, desenvolveram um método de produção de amônia, conhecido como Haber- Bosch. A materia prima para produção da amônia era o gas nitrogênio, presente em nossa atmosfera. Como ja mencionamos, a nossa atmosfera é uma mistura gasosa homogênea. Assim, como capturar o gás nitrogênio da atmosfera? Liquefação fracionada! A liquefacao fracionada consiste em separar gases, liquefazendo-os, isto é, os tornando liquidos. 3.6 - Cromatografia Tecnica que separa os componentes de um liquido, observando cores diferentes quando ocorre a separacao. Rabisque um pontinho com uma caneta azul em um papel de filtro de cafe, e molhe, apos isto, o papel com álcool, e veja o que acontece. EXERCÍCIOS NÍVEL BÁSICO: TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Utilize as informações a seguir para responder à(s) questão(ões). Novas tecnologias de embalagens visam a aumentar o prazo de validade dos alimentos, reduzindo sua deterioração e mantendo a qualidade do produto comercializado. Essas embalagens podem ser classificadas em Embalagens de Atmosfera Modificada Tradicionais (MAP) e Embalagens de Atmosfera Modificada em Equilíbrio (EMAP). As MAP são embalagens fechadas que podem utilizar em seu interior tanto gases como He, Ne, Ar e Kr, quanto composições de 2CO e 2O em proporções adequadas. As EMAP também podem utilizar uma atmosfera modificada formada por 2CO e 2O e apresentam microperfurações na sua superfície, conforme ilustrado abaixo. Adaptado de exclusive.multibriefs.com. 1. (Uerj 2019) Dentre os gases citados no texto, aquele que corresponde a uma substância composta é simbolizado por: a) Kr b) 2O c) He d) 2CO 2. (G1 - cftmg 2018) “O que via meu pai – se é que via, se é que me via – Por trás daqueles olhos azuis cheios de álcool?” (RITER, Caio. Eu e o silêncio do meu pai. São Paulo: Biruta, 2011.) O álcool citado no trecho acima refere-se à substância etanol 2 6(C H O) que, em contato com o oxigênio do sangue, produz etanal 2 4(C H O) e água. O etanal, substância muito tóxica, que é uma das responsáveis pelos efeitos da "ressaca", resulta da transformação representada pela equação seguinte: 2 6 ( ) 2(g) 2 4 (aq) 2 ( )2 C H O O 2 C H O 2 H O+ → +l l Sobre essa transformação, afirma-se que: I. Descreve um processo químico. II. São encontrados nove elementos na molécula de etanol. III. Estão presentes dois átomos de oxigênio na molécula de 2O . IV. Estão representadas quatro substâncias compostas distintas. Estão corretas apenas as afirmativas a) I e III. b) I e IV. c) II e III. d) II e IV. 3. (G1 - col. naval 2017) Marque a opção que apresenta apenas substâncias compostas. a) 2 2 8H , O , S . b) 2 3 2I , O , H O. c) 3CO, He, NH . d) 2 2 2H O, N , C .l e) 2 2NO , H O, NaC .l 4. (G1 - cftmg 2017) Um copo contendo água mineral gaseificada, com pedras de gelo, é uma mistura __________ formada por _____ fases, sendo __________. Os termos que completam as lacunas são, respectivamente, a) heterogênea, três, uma sólida. b) homogênea, duas, uma sólida. c) homogênea, três, duas sólidas. d) heterogênea, duas, duas sólidas. 5. (Upe-ssa 1 2017) Analise a tirinha a seguir: Os processos que ocorrem em cada um dos quadrinhos da tirinha, respectivamente, são: a) fenômenos físicos, fusão e vaporização. b) fenômenos químicos, fusão e vaporização. c) fenômenos químicos, liquefação e evaporação. d) fenômenos físicos, condensação e evaporação. e) fenômenos químicos, sublimação e vaporização. 6. (G1 - cftmg 2017) A água é encontrada na natureza em vários estados físicos e a sequência de transformações sofridas pela mesma é denominada ciclo da água. A figura seguinte representa duas etapas desse ciclo. As etapas do ciclo da água, representadas na figura pelas setas, são chamadas de a) calefação e liquefação. b) ebulição e ressublimação. c) vaporização e sublimação. d) evaporação e condensação. 7. (G1 - col. naval 2017) Ao aquecer o iodo num béquer coberto com o vidro de relógio, após certo tempo observa-se que seus vapores ficaram roxos. Esse fenômeno é uma mudança de estado físico chamada a) liquefação. b) fusão. c) sublimação. d) solidificação. e) ebulição. 8. (Upe-ssa 1 2017) Em países onde as reservas de água doce são escassas, principalmente nos insulares, são comuns as estações de dessalinização da água do mar. Esse processo consiste na utilização de vapor d’água de alta temperatura, para fazer a água salgada entrar em ebulição. Posteriormente, o vapor passa por vários estágios, em que é liquefeito e depois vaporizado, garantindo um grau de pureza elevado do produto final. O processo de separação de mistura que podemos identificar no processo descrito é o de a) filtração. b) destilação. c) centrifugação. d) osmose reversa. e) decantação fracionada. 9. (G1 - ifce 2016) As substâncias químicas podem ser classificadas em simples e compostas. São exemplos de substâncias compostas a) 3Co, Ag, HNO . b) 2 2 2AgC , O , N O.l c) 2 4 2 2H SO , SiO , H O. d) 2 2 3 2H , H CO , H S. e) 3 2 2O , N , SO . 10. (G1 - ifsc 2016) A matéria pode se apresentar, basicamente, em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Sabemos que a matéria pode mudar de estado, dependendo do fornecimento ou retirada de energia. Assinale a alternativa CORRETA. Quando uma substância está no estado líquido e muda para o gasoso, dizemos que ela sofreu a) sublimação. b) liquefação. c) fusão. d) vaporização. e) condensação. EXERCÍCIOS NÍVEL MÉDIO: 1. (Unesp 2019) Consideram-se arte rupestre as representações feitas sobre rochas pelo homem da pré-história, em que se incluem gravuras e pinturas. Acredita-se que essas pinturas, em que os materiais mais usados são sangue, saliva, argila e excrementos de morcegos (cujo habitat natural são as cavernas), têm cunho ritualístico. (www.portaldarte.com.br. Adaptado.) Todos os materiais utilizados para as pinturas, citados no texto, são a) substâncias compostas puras. b) de origem animal. c) misturas de substâncias compostas. d) de origem vegetal. e) misturas de substâncias simples. 2. (Fuvest 2018) Considere as figuras pelas quais são representados diferentes sistemas contendo determinadas substâncias químicas. Nas figuras, cada círculo representa um átomo, e círculos de tamanhos diferentes representam elementos químicos diferentes. A respeito dessas representações, é correto afirmar que os sistemas a) 3, 4 e 5 representam misturas. b) 1, 2 e 5 representam substâncias puras. c) 2 e 5 representam, respectivamente, uma substância molecular e uma mistura de gases nobres. d) 6 e 4 representam, respectivamente, uma substância molecular gasosa e uma substância simples. e) 1 e 5 representam substâncias simples puras. 3. (Upf 2018) A natureza apresenta grande diversidade de materiais. É preciso analisar a composição e as propriedades desses materiais para que eles possam serutilizados ou transformados nos mais diversos objetos. Tendo por base o enunciado e o contexto relacionado à temática em questão, analise as afirmações que seguem e marque V para as verdadeiras e F para as falsas. ( ) Uma mistura eutética é aquela que se comporta como substância pura durante a ebulição, ou seja, apresenta temperatura de ebulição constante. ( ) O ar atmosférico seco e filtrado se constitui como uma mistura homogênea, formada, principalmente, por nitrogênio e oxigênio. ( ) Ligas metálicas são misturas homogêneas, também classificadas como soluções. ( ) A decantação é um processo de separação de uma mistura do tipo líquido-líquido ou sólido-líquido. Ela se baseia na diferença de densidade e solubilidade entre seus componentes. ( ) A destilação fracionada é um processo aplicado exclusivamente para separar componentes de uma mistura heterogênea contendo dois ou mais líquidos que apresentam temperaturas de ebulição próximas. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é a) F – V – V – V – F. b) V – F – V – F – F c) V – V – F – F – F. d) F – F – V – F – F. e) F – V – F – V – V. 4. (Unicamp 2018) Icebergs flutuam na água do mar, assim como o gelo em um copo com água potável. Imagine a situação inicial de um copo com água e gelo, em equilíbrio térmico à temperatura de 0 C.° Com o passar do tempo o gelo vai derretendo. Enquanto houver gelo, a temperatura do sistema a) permanece constante, mas o volume do sistema aumenta. b) permanece constante, mas o volume do sistema diminui. c) diminui e o volume do sistema aumenta. d) diminui, assim como o volume do sistema. 5. (Upf 2018) O ciclo da água é um fenômeno natural que constitui exemplo das mudanças de estados físicos da matéria. Sobre os processos envolvidos no ciclo da água e a entalpia envolvida, analise as afirmativas a seguir, julgando-as como verdadeiras (V) ou falsas (F). ( ) Para que o processo de evaporação ocorra, é necessário que haja absorção de energia, ou seja, trata-se de um processo exotérmico. ( ) A formação das nuvens é explicada pelo processo de condensação, o qual é exotérmico, ocorrendo com liberação de energia. ( ) A liquefação é a passagem do estado gasoso para líquido e trata-se de um processo endotérmico. ( ) O congelamento da água de um lago é um processo de solidificação, o qual é exotérmico. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo é: a) F – F – F – V. b) V – F – F – F. c) F – V – F – V. d) V – F – V – F. e) F – F – V – V. 6. (G1 - cftmg 2018) Um estudante recebeu uma amostra de água pura, sob pressão de 1atm, inicialmente à 50 C.° A amostra foi submetida ao resfriamento até alcançar 0 C,° permanecendo por alguns minutos, nessa temperatura. Posteriormente, foi aquecida e mantida a 100 C.° Considerando-se que as temperaturas de fusão e ebulição da água pura, a 1atm, são, respectivamente, 0 e 100 C,° o gráfico da temperatura em função do tempo que esboça essa transformação é a) b) c) d) 7. (Espcex (Aman) 2018) "Sempre que uma substância muda de fase de agregação, a temperatura permanece constante enquanto a mudança se processa, desde que a pressão permaneça constante". FONSECA Martha Reis Marques da, Química Geral, São Paulo: Ed FTD, 2007, pág. 41. O gráfico abaixo representa a mudança de fase de agregação de uma substância pura com o passar do tempo, em função da variação de temperatura, observada ao se aquecer uma substância X durante algum tempo, sob pressão constante. Tomando-se como base o gráfico, analise as seguintes afirmativas: I. entre 0 C° e 19 C,° a substância X encontra-se na fase sólida; II. o intervalo de 2,0 min a 4,0 min corresponde à condensação da substância X; III. a temperatura de 60 C° corresponde à temperatura de ebulição da substância X; IV. no intervalo de 40 C° a 50 C,° a substância X encontra-se na fase líquida. Estão corretas apenas as afirmativas a) I e II. b) II e IV. c) I, II e III. d) II, III e IV. e) I, III e IV. 8. (Fuvest 2018) Uma determinada quantidade de metano 4(CH ) é colocada para reagir com cloro 2(C )l em excesso, a 400 C,° gerando (g)HCl e os compostos organoclorados 3H CC ,l 2 2H CC ,l 3HCC ,l 4CC ,l cujas propriedades são mostradas na tabela. A mistura obtida ao final das reações químicas é então resfriada a 25 C,° e o líquido, formado por uma única fase e sem HC ,l é coletado. Comp osto Pon to de fusã o ( C)° Pont o de ebuli ção ( C)° Solubili dade em água a 25 C (g° Densida de do líquido a 25 C (g m° 3H CCl 97,4− 23,8− 5,3 - 2 2H CCl 96,7− 39,6 17,5 1,327 3HCCl 63,5− 61,2 8,1 1,489 4CCl 22,9− 76,7 0,8 1,587 A melhor técnica de separação dos organoclorados presentes na fase líquida e o primeiro composto a ser separado por essa técnica são: a) decantação; 3H CC .l b) destilação fracionada; 4CC .l c) cristalização; 3HCC .l d) destilação fracionada; 2 2H CC .l e) decantação; 4CC .l 9. (G1 - cftmg 2018) O esquema abaixo explica a formação da chuva ácida a partir de emissões gasosas poluentes geradas nos grandes centros urbanos industrializados. A combinação desses poluentes com o vapor de água da atmosfera acumula-se nas nuvens, ocorrendo, assim, sua condensação. Em relação ao fenômeno representado, é correto afirmar que a) na indústria, há formação de óxido constituído por três elementos. b) na atmosfera, a chuva gerada colore de rosa uma solução de fenolftaleína. c) na atmosfera, há consumo de duas substâncias compostas e uma substância pura. d) na atmosfera, o produto final da reação é uma substância utilizada nas baterias de automóveis. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto para responder à(s) questão(ões). A natureza apresenta diversas substâncias importantes para o dia a dia do ser humano. Porém, a grande maioria dessas substâncias encontra-se na forma de misturas homogêneas ou heterogêneas. Por essa razão, ao longo dos anos, várias técnicas de separação de misturas foram desenvolvidas para que a utilização de toda e qualquer substância fosse possível. <https://tinyurl.com/y8j567ag> Acesso em: 10.11.2017. 10. (G1 - cps 2018) Assinale a alternativa que apresenta um exemplo de mistura homogênea. a) água + gasolina b) água + óleo de cozinha c) gás nitrogênio + gás hélio d) ar atmosférico + fuligem e) areia + sal de cozinha EXERCÍCIOS NÍVEL ENEM 1. (Enem 2017) A farinha de linhaça dourada é um produto natural que oferece grandes benefícios para o nosso organismo. A maior parte dos nutrientes da linhaça encontra-se no óleo desta semente, rico em substâncias lipossolúveis com massas moleculares elevadas. A farinha também apresenta altos teores de fibras proteicas insolúveis em água, celulose, vitaminas lipossolúveis e sais minerais hidrossolúveis. Considere o esquema, que resume um processo de separação dos componentes principais da farinha de linhaça dourada. O óleo de linhaça será obtido na fração a) Destilado 1. b) Destilado 2. c) Resíduo 2. d) Resíduo 3. e) Resíduo 4. 2. (Enem 2016) Uma pessoa é responsável pela manutenção de uma sauna úmida. Todos os dias cumpre o mesmo ritual: colhe folhas de capim- cidreira e algumas folhas de eucalipto. Em seguida, coloca as folhas na saída do vapor da sauna, aromatizando-a, conforme representado na figura. Qual processo de separação é responsável pela aromatização promovida? a) Filtração simples. b) Destilação simples. c) Extração por arraste. d) Sublimação fracionada.e) Decantação sólido-líquido. 3. (Enem 2015) Um grupo de pesquisadores desenvolveu um método simples, barato e eficaz de remoção de petróleo contaminante na água, que utiliza um plástico produzido a partir do líquido da castanha de caju (LCC). A composição química do LCC é muito parecida com a do petróleo e suas moléculas, por suas características, interagem formando agregados com o petróleo. Para retirar os agrega dos da água, os pesquisadores misturam ao LCC nanopartículas magnéticas. KIFFER, D. Novo método para remoção de petróleo usa óleo de mamona e castanha de caju. Disponível em: www.faperj.br.Acessoem: 31 jul. 2012 (adaptado). Essa técnica considera dois processos de separação de misturas, sendo eles, respectivamente, a) flotação e decantação. b) decomposição e centrifugação. c) floculação e separação magnética. d) destilação fracionada e peneiração. e) dissolução fracionada e magnetização. 4. (Enem 2014) O principal processo industrial utilizado na produção de fenol é a oxidação do cumeno (isopropilbenzeno). A equação mostra que esse processo envolve a formação do hidroperóxido de cumila, que em seguida é decomposto em fenol e acetona, ambos usados na indústria química como precursores de moléculas mais complexas. Após o processo de síntese, esses dois insumos devem ser separados para comercialização individual. Considerando as características físico- químicas dos dois insumos formados, o método utilizado para a separação da mistura, em escala industrial, é a a) filtração. b) ventilação. c) decantação. d) evaporação. e) destilação fracionada. 5. (Enem 2014) Para impedir a contaminação microbiana do suprimento de água, deve-se eliminar as emissões de efluentes e, quando necessário, tratá- lo com desinfetante. O ácido hipocloroso (HC O),l produzido pela reação entre cloro e água, é um dos compostos mais empregados como desinfetante. Contudo, ele não atua somente como oxidante, mas também como um ativo agente de cloração. A presença de matéria orgânica dissolvida no suprimento de água clorada pode levar à formação de clorofórmio 3(CHC )l e outras espécies orgânicas cloradas tóxicas. SPIRO, T. G.; STIGLIANI, W. M. Química ambiental. São Paulo: Pearson. 2009 (adaptado). Visando eliminar da água o clorofórmio e outras moléculas orgânicas, o tratamento adequado é a a) filtração, com o uso de filtros de carvão ativo. b) fluoretacão, pela adição de fluoreto de sódio. c) coagulação, pela adição de sulfato de alumínio. d) correção do pH, pela adição de carbonato de sódio. e) floculação, em tanques de concreto com a água em movimento. 6. (Enem 2013) Entre as substâncias usadas para o tratamento de água está o sulfato de alumínio que, em meio alcalino, forma partículas em suspensão na água, às quais as impurezas presentes no meio aderem. O método de separação comumente usado para retirar o sulfato de alumínio com as impurezas aderidas é a a) flotação. b) levigação. c) ventilação. d) peneiração. e) centrifugação. 7. (Enem 2011) Belém é cercada por 39 ilhas, e suas populações convivem com ameaças de doenças. O motivo, apontado por especialistas, é a poluição da água do rio, principal fonte de sobrevivência dos ribeirinhos. A diarreia é frequente nas crianças e ocorre como consequência da falta de saneamento básico, já que a população não tem acesso à água de boa qualidade. Como não há água potável, a alternativa é consumir a do rio. O Liberal. 8 jul. 2008. Disponível em: http://www.oliberal.com.br. O procedimento adequado para tratar a água dos rios, a fim de atenuar os problemas de saúde causados por microrganismos a essas populações ribeirinhas é a a) filtração. b) cloração. c) coagulação. d) fluoretação. e) decantação. 8. (Enem 2017) As centrífugas são equipamentos utilizados em laboratórios, clínicas e indústrias. Seu funcionamento faz uso da aceleração centrífuga obtida pela rotação de um recipiente e que serve para a separação de sólidos em suspensão em líquidos ou de líquidos misturados entre si. RODITI. I. Dicionário Houaiss de física. Rio de Janeiro: Objetiva, 2005 (adaptado). Nesse aparelho, a separação das substâncias ocorre em função a) das diferentes densidades. b) dos diferentes raios de rotação. c) das diferentes velocidades angulares. d) das diferentes quantidades de cada substância. e) da diferente coesão molecular de cada substância. 9. (Enem 2018) Usando um densímetro cuja menor divisão da escala, isto é, a diferença entre duas marcações consecutivas, é de 2 35,0 10 g cm ,− −× um estudante realizou um teste de densidade: colocou este instrumento na água pura e observou que ele atingiu o repouso na posição mostrada. Em dois outros recipientes A e B contendo 2 litros de água pura, em cada um, ele adicionou 100 g e 200 g de NaC ,l respectivamente. Quando o cloreto de sódio é adicionado à água pura ocorre sua dissociação formando os íons Na+ e C .−l Considere que esses íons ocupam os espaços intermoleculares na solução. Nestes recipientes, a posição de equilíbrio do densímetro está representada em: a) b) c) d) e) GABARITO NÍVEL BÁSICO Resposta da questão 1: [D] O gás que corresponde a uma substância composta (formada por dois elementos químicos) é o gás carbônico 2(CO ). Resposta da questão 2: [A] [I] Correta. A reação ilustra a transformação do álcool em etanal, portanto, um processo químico. [II] Incorreta. Na molécula do etanol são encontrados apenas 3 elementos químicos: C, O e H. [III] Correta. A molécula do gás oxigênio 2(O ) é formada por dois átomos de oxigênio. [IV] Incorreta. Na reação tem-se 3 substancias compostas 2 6 2 4(C H O, C H O e 22 H O) e uma simples 2(O ). Resposta da questão 3: [E] Substâncias compostas são formadas por mais de um elemento químico. Exemplos: 2NO : nitrogênio (N) e oxigênio (O). 2H O : hidrogênio (H) e oxigênio (O). NaC :l sódio (Na) e cloro (C ).l Resposta da questão 4: [A] Heterogênea (pois apresenta mais de uma fase visível), três fases distintas (sólida, líquida e gasosa), sendo uma sólida (o gelo). Resposta da questão 5: [A] Os processos que o quadrinho ilustra se trata da mudança de estado físico da água, portanto, um fenômeno físico. Nesse caso, a água está passando do: sólido para o líquido = fusão líquido para o gasoso = vaporização Resposta da questão 6: [D] As etapas ilustradas referem-se a evaporação (passagem lenta do estado líquido para o gasoso) da água para formação das nuvens, e a chuva, que será a fase de condensação, ou seja, a água volta a se tornar líquida. Resposta da questão 7: [C] A mudança de estado de agregação caracterizada pela passagem do estado sólido para o gasoso é classificada como sublimação. Resposta da questão 8: [B] A destilação é um processo de separação de mistura do tipo líquido-líquido ou sólido- líquido, onde os componentes são separados pela diferença do ponto de ebulição de seus componentes. Resposta da questão 9: [C] Substâncias compostas são aquelas formados por 2 ou mais elementos químicos, assim os compostos: 2 4 2 2H SO , SiO , H O apresentam 3, 2 e 2 elementos, respectivamente. Resposta da questão 10: [D] A vaporização é a mudança do estado líquido para o gasoso, quando essa passagem é lenta chamamos de evaporação, ao se aumentar a temperatura até 100 C,° teremos a ebulição e a passagem instantânea do estado líquido para o gasoso é chamada de calefação. GABARITO NÍVEL MÉDIO Resposta da questão 1: [C] Sangue: misturaformada por água, hemoglobina, glicose, aminoácidos, hormônios, etc. Saliva: mistura formada por água, proteínas, íons sódio (Na ),+ íons cálcio 2(Ca ),+ etc. Argila: mistura formada por argilos minerais como, caolinita 2 2 5 4A Si O( OH ),l montmorillonita 0.33 2 4 10 2 2(Na,Ca) A ,Mg Si O( ( ) ( ,OH) nH O)⋅l etc. Excrementos de morcegos: mistura formada por ácido úrico, ácido fosfórico, amoníaco, ácido oxálico, etc. Conclusão: os materiais utilizados para as pinturas, citados no texto, são misturas de substâncias compostas. Resposta da questão 2: [C] Resposta da questão 3: [A] Falsa. Uma mistura eutética é aquela que se comporta como substância pura durante a fusão, ou seja, apresenta temperatura de fusão constante. Verdadeira. O ar atmosférico seco e filtrado se constitui como uma mistura homogênea, formada, principalmente, por nitrogênio ( 80%)≈ e oxigênio ( 20%).≈ Verdadeira. Ligas metálicas são consideradas misturas homogêneas, também classificadas como soluções metálicas. Verdadeira. A decantação é um processo de separação de uma mistura do tipo líquido- líquido ou sólido-líquido. Ela se baseia na diferença de densidade e solubilidade entre seus componentes que são imiscíveis entre si. Falsa. A destilação fracionada é um processo aplicado para separar componentes de uma mistura homogênea contendo dois ou mais líquidos que apresentam temperaturas de ebulição diferentes e que não sejam próximas. Resposta da questão 4: [B] Supondo água pura, durante a fusão e enquanto houver gelo, a temperatura do sistema permanece constante, porém, o volume do sistema diminui, pois, a água no estado líquido ocupa um volume menor do que a água no estado sólido gelo água líquida(d d )< . Resposta da questão 5: [C] [F] Para que o processo de evaporação ocorra, é necessário que haja absorção de energia, ou seja, trata-se de um processo endotérmico. Evaporação 2 ( ) 2 (v)H O Energia H O H 0Δ+ → >l [V] A formação das nuvens é explicada pelo processo de condensação, o qual é exotérmico, ocorrendo com liberação de energia. Condensação 2 (v) 2 ( )H O H O Energia H 0Δ→ + <l [F] A liquefação é a passagem do estado de agregação gasoso para líquido e trata-se de um processo exotérmico. Liquefação 2 (g) 2 ( )H O H O Energia H 0Δ→ + <l [V] O congelamento da água de um lago é um processo de solidificação, o qual é exotérmico. Congelamento 2 ( ) 2 (s)H O H O Energia H 0Δ→ + <l Resposta da questão 6: [B] Como trata-se de água pura, deverá apresentar os patamares de pureza, nas temperaturas de 0 e 100 C,° como ilustrado no gráfico do item [B]. Resposta da questão 7: [E] [I] Correta. Entre 0 C° e 19 C,° a substância X encontra-se na fase sólida. [II] Incorreta. O intervalo de 2,0 min a 4,0 min corresponde à fusão da substância X. [III] Correta. A temperatura de 60 C° corresponde à temperatura de ebulição da substância X. [IV] Correta. No intervalo de 40 C° a 50 C,° a substância X encontra-se na fase líquida. Resposta da questão 8: [D] Como o 3H CCl já se encontra no estado gasoso a 25 C,° deve-se fazer a destilação fracionada dos outros compostos que se encontram no estado líquido. Composto Ponto de fusão ( C)° Ponto de ebulição ( C)° 3H CCl 97,4− 23,8− (Gasoso a 25 C)° 2 2H CCl 96,7− (Líquido a 25 C)° 39,6 3HCCl 63,5− (Líquido a 25 C)° 61,2 4CCl 22,9− (Líquido a 25 C)° 76,7 Destes compostos, o 2 2H CCl apresenta o menor ponto de ebulição ( )39,6 C ,° logo será recolhido antes dos outros no processo de separação. Resposta da questão 9: [D] [A] Incorreta. Os óxidos são formados por apenas dois elementos químicos sendo o oxigênio o mais eletronegativo. [B] Incorreta. Na atmosfera ocorre a formação de chuva ácida, que na presença de fenolftaleína permanece incolor. [C] Incorreta. Na atmosfera há o consumo de duas substâncias compostas 2(SO e 2H O) e uma substância simples 2(O ). [D] Correta. O ácido sulfúrico formado na atmosfera 2 4(H SO ) também é utilizado em baterias de automóveis. Resposta da questão 10: [C] Misturas gasosas formam uma única fase. Exemplo: gás nitrogênio + gás hélio GABARITO NÍVEL ENEM: Resposta da questão 1: [E] Resposta da questão 2: [C] Extração por arraste, ou seja, o vapor de água arrasta as substâncias responsáveis pelo aroma presente na sauna. Resposta da questão 3: [C] Os agregados formados pelo plástico produzido a partir do líquido da castanha de caju (LCC) e pelo petróleo não se misturam à água, ou seja, ocorre floculação. As nanopartículas magnéticas são atraídas por imãs, ou seja, ocorre separação magnética. Resposta da questão 4: [E] Considerando as características físico- químicas dos dois insumos formados, o método utilizado para a separação da mistura, em escala industrial, é a destilação fracionada, devido às diferenças nas forças intermoleculares. No fenol existem pontes de hidrogênio (ligações de hidrogênio, devido à presença da hidroxila), que são forças mais intensas do que o dipolo permanente existente na cetona. Logo, a temperatura de ebulição do fenol é maior do que a da cetona, permitindo a separação por destilação fracionada. Resposta da questão 5: [A] Visando eliminar da água o clorofórmio e outras moléculas orgânicas, o tratamento adequado é a filtração, com o uso de filtros de carvão ativo ou ativado que absorve o clorofórmio e outras moléculas orgânicas devido a sua alta porosidade. Resposta da questão 6: [A] Nas estações de tratamento a água que será consumida pela população precisa passar por uma série de etapas que possibilite eliminar todos os seus poluentes. Uma dessas etapas é a coagulação ou floculação, com o uso de hidróxido de cálcio, conforme a reação: 2 2 4 3 3 43Ca(OH) A (SO ) 2A (OH) 3CaSO+ → +l l O hidróxido de alumínio 3(A (OH) )l obtido, que é uma substância insolúvel em água, permite reter em sua superfície muitas das impurezas presentes na água (floculação). O método de separação comumente usado para retirar o sulfato de alumínio com as impurezas aderidas é a flotação (faz-se uma agitação no sistema e as impurezas retidas sobem à superfície da mistura heterogênea). Resposta da questão 7: [B] O procedimento adequado para tratar a água dos rios, a fim de atenuar os problemas de saúde causados por microrganismos a essas populações ribeirinhas é a cloração. Nesta etapa de tratamento substâncias como o hipoclorito de sódio ( lNaC O ) são adicionadas à água para eliminar micro- organismos. Resposta da questão 8: [A] Nas centrífugas a separação dos componentes de uma mistura ocorre devido à diferença entre suas densidades e solubilidades. Resposta da questão 9: [D] Como os íons Na+ e C −l ocupam os espaços intermoleculares na solução, conclui-se que o volume da solução permanece constante, porém sua massa aumenta, ou seja, a densidade da solução aumenta em relação à densidade da água pura. m md d V V ↑ = ⇒ ↑= Isto significa que o densímetro deve “subir”. 3 3 água água 3 água 3 água sal solução 3 A 3 3 B 3 3 3 3 B A água pu 1cm de água 1g de água V 2 L 2.000 cm m 2.000 g 2.000 gd 1,00 g cm 2.000 cm m m d V 2.000 g 100 gd 1,05 g cm 2.000 cm 2.000 g 200 gd 1,10 g cm 2.000 cm 1,10 g cm 1,05 g cm 1,00 g cm d d d ≡ = = ⇒ = = = + = + = = + = = > > ⇒ > > ra. De acordo com o enunciado da questão a diferença entre duas marcações consecutivas, é de ( )3 2 30,05 g cm 5,0 10 g cm− − −× . Cálculo da diferença entre a solução A e a água pura: 3 3 31,05 g cm 1,00 g cm 0,05 g cm− = Ou seja, o densímetro da solução A deve subir um “quadradinho” emrelação à água pura. Cálculo da diferença entre a solução B e a água pura: 3 3 3 31,10 g cm 1,00 g cm 0,10 g cm 2 0,05 g cm− = = × Ou seja, o densímetro da solução B deve subir dois “quadradinhos” em relação à água pura. Conclusão: Então:
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