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1 01 Aula 1E Química Propriedades gerais da matéria A Química é uma ciência natural, com base experimental, que estuda a matéria, suas propriedades e suas transfor- mações. Matéria é o que tem massa (m) e ocupa lugar no espaço (ocupa um volume V). Densidade Com essas grandezas já se pode conceituar uma propriedade muito útil e importante chamada densidade: O importante é não apenas decorar a fórmula, mas sim entender o que ela significa. Será estudado posteriormente que toda matéria é constituída por pequeníssimas partículas, que podem se estruturar de várias maneiras diferentes. A densidade mede justamente como essas estruturas estão “empacota- das” no espaço: quanto mais próximas estiverem as partículas, maior a densidade do corpo, isto é, a den- sidade (também chamada “massa específica”) está diretamente relacionada com o estado de agregação dessas partículas. A densidade depende do material e também da temperatura. Para a água, na temperatura ambiente, a densidade tem um valor aproximado de 1 1 1 1000 3 3 kg L g cm g mL kg m Estados físicos da matéria Nas condições do nosso planeta, a matéria costuma se apresentar sob três estados de agregação; são os chama- dos estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso. Em ESCALA MACROSCÓPICA, as diferenças entre os três estados estão resumidas no quadro a seguir: d m V Sólido Líquido Gasoso Forma definida variável variável Volume definido definido variável Um sistema nos estados líquido e gasoso adquire o formato do recipiente onde estiver. O estado gasoso inclui os gases e os vapores: eles sempre se expandem de tal maneira a ocupar todo o volume disponível. Em ESCALA MICROSCÓPICA, o que diferencia os três estados é o comportamento das partículas que os constituem. aumento do grau de agitação das partículas aumento da energia GASOSO LÍQUIDO SÓLIDO A temperatura é justamente a medida do estado de agitação das partículas de um corpo. Dessa forma, a maneira mais comum de provocar a mudança de estado físico é pela alteração da temperatura (aquecimento ou resfriamento). Nas mudanças no mesmo sentido da flecha (de “baixo para cima”) o sistema precisa absorver energia: são processos ENDOTÉRMICOS. Nas mudanças no sentido oposto o sistema precisa liberar energia: são processos EXOTÉRMICOS. Uma outra maneira possível de haver mudança no estado físico é pela alteração da pressão. Deve ser nota- do que, no estado sólido e no líquido, as partículas que constituem o corpo estão relativamente próximas, mas no estado gasoso a distância entre elas é bem maior. 2 Semiextensivo Consequentemente, a DENSIDADE do estado gasoso é sempre muito menor que a densidade de qualquer líquido ou sólido. O estado gasoso só pode ser caracterizado se forem conhecidas as suas principais grandezas: a temperatura e a pressão. As mudanças de estado físico recebem, tradicional- mente, os seguintes nomes: fusão vaporização (condensação) sublimação sólido gasosolíquido solidificação liquefação A vaporização geralmente pode ocorrer de duas maneiras: Evaporação Ebulição espontânea provocada suave turbulentac ocorre só na superfície do líquido ocorre em todo o líquido acontece em qualquer tem- peratura acontece só em uma certa temperatura Cada substância pura possui seus próprios pontos de fusão e de ebulição, que variam de uma substância para outra. Ponto de fusão: temperatura constante na qual um sólido se transforma em líquido. Ponto de ebulição: temperatura constante na qual um líquido se transforma em vapor. Portanto, qualquer substância em uma temperatura T: se T < P.F. estado sólido P.F < T < P.E estado líquido T > P.E estado gasoso Exemplo: a água, ao nível do mar T < 0°C estado sólido 0°C < T < 100°C estado líquido T > 100°C estado gasoso Sólido Líquido GasosoP.F. P.E. Temperatura OBS.: Um líquido que vaporize com facilidade, ou seja, que tenha um baixo ponto de ebulição, é chamado de volátil. Exemplos de propriedades de algumas substâncias (à pressão de 1 atm): Substância Fórmula Ponto de Fusão (°C) Ponto de Ebulição (°C) Estado físico a 25°C Densidade a 25°C (kg/m3) Ferro Fe 1500 3000 sólido 7860 Chumbo Pb 328 1620 sólido 11340 Cloreto de sódio NaCℓ 800 1420 sólido 2200 Água H2O 0 100 líquido 1000 Álcool etílico C2H5OH – 115 78 líquido 790 Éter C4H10O – 117 35 líquido 710 Oxigênio O2 – 219 – 183 gasoso 1,3 Monóxido de carbono CO – 207 – 197 gasoso 1,2 Amônia NH3 – 78 – 33 gasoso 0,7 Vale a pena comparar alguns desses valores e tirar conclusões interessantes. Chama a atenção especial- mente a grande diferença entre a densidade do estado gasoso e a densidade dos outros estados físicos. Substâncias Princípios fundamentais “A Química é a ciência natural que estuda as substân- cias, sua estrutura, suas propriedades e as reações que as transformam em outras substâncias.” Essa possível definição de Química ressalta a ideia de substância. O homem sempre observou os materiais existentes na natureza e, até hoje, tenta entender sua constituição e suas transformações. Graças, principalmente, ao trabalho de cientistas, como Lavoisier, Proust, Dalton, Berzelius, Gay-Lussac, Avogadro e muitos outros, a partir de experiências práticas, foram estabelecidas várias teo- rias para a Química. Uma delas diz que: “toda matéria é formada por partículas minúsculas chamadas ÁTOMOS”. Aula 01 3Química 1E Atualmente são conhecidos um pouco mais que 100 diferentes tipos de átomos. Cada um desses tipos de átomos é um ELEMENTO QUÍMICO. Cada elemento químico é representado pelo seu símbolo. Exemplos: hi- drogênio (H), oxigênio (O), carbono (C), cálcio (Ca), cloro (Cℓ), enxofre (S), sódio (Na), hélio (He), ferro (Fe), etc. Então surge uma pergunta: como que um número relativamente pequeno de elementos químicos pode formar milhões de substâncias diferentes? Ocorre que, para adquirir maior estabilidade, geralmente os átomos se ligam (ligações!), formando as MOLÉCULAS. Portanto, assim como cada elemento químico apre- senta um determinado tipo de átomo, cada substância apresenta um determinado tipo de molécula. E, assim como cada elemento é representado pelo seu SÍMBOLO, cada substância é representada pela sua FÓRMULA. Podem ser estabelecidas as seguintes relações: substância molécula (fórmula) elemento químico átomo (símbolo) Exemplos: • na substância água, todas as moléculas são iguais, e em cada molécula há dois átomos do elemento hidrogênio e um átomo do elemento oxigênio (esta afirmação pode ser resumida pela fórmula H2O): • todas as moléculas da substância dióxido de carbo- no (gás carbônico) são iguais e são formadas por um átomo do elemento carbono e dois átomos do elemento oxigênio (CO2). Pode-se dizer que aquilo que caracteriza uma subs- tância é a sua molécula, representada pela sua fórmula. As substâncias podem ser: • Substância simples: formada por átomos de um único elemento químico. Exemplos: H2, N2, O2, O3, He, Cℓ2, Fe • Substância composta (ou composto): formada por átomos de elementos químicos diferentes. Exemplos: H2O, H2SO4, NH3, CO2, C2H5OH, C12H22O11 Alotropia Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico é capaz de formar duas ou mais substâncias simples diferentes. Os alótropos apresentam propriedades físicas dife- rentes, sendo uma das formas sempre mais estável que as outras. A forma alotrópica mais estável é a de menor conteúdo energético e, consequentemente, a mais abundante na natureza. 1) Alotropia do elemento oxigênio Há duas formas alotrópicas: Gás Oxigênio (O2) O = O Gás Ozônio (O3) O O O A diferença entre os dois alótropos está na atomici- dade (quantidade de átomos na molécula). Tanto o O2 como o O3 são gases nas condições ambiente e o O2 é a forma mais estável. Embora ambos sejam formados apenas pelo elemento oxigênio, apre- sentam propriedades bem diferentes: enquanto o gás oxigênio é indispensável para a vida e inodoro, o ozônio é tóxico e possuium odor forte. 2) Alotropia do elemento carbono São conhecidos 3 alótropos: grafite, diamante e fulere- nos. A diferença entre eles está na estrutura (arranjo dos átomos de carbono), sendo que o grafite é o mais estável. GRAFITE: É um sólido cinzento de pequena dureza, pouco brilho e razoável condutor de eletricidade. Os áto- mos de carbono localizam-se nos vértices de hexágonos regulares, formando camadas que podem escorregar umas sobre as outras. Isso explica o risco de um lápis e também o uso do grafite como lubrificante. Grafite (Cn) A unidade fundamental é um hexágono 4 Semiextensivo DIAMANTE: Sólido de altíssima dureza, intenso brilho e não condutor de eletricidade. Os átomos de car- bono formam tetraedros regulares ligados tridimensionalmente, consti- tuindo uma estrutura compacta. Diamante (Cn) A unidade fundamental é um tetraedro FULERENOS: Em 1984 foi des- coberta uma estrutura constituída por 60 átomos de carbono, com formato esférico, semelhante a uma bola de futebol (futeboleno). Depois, foram descobertas outras estruturas de fulerenos, com desta- que para os nanotubos de carbono. Eles apresentam uma estrutura oca. Fulereno (C60) © Sh ut te rs to ck /F . E N OT Fulereno (nanotubo) ©S hu tte rst oc k/G l0c k 3) Alotropia do elemento fósforo A diferença entre as formas alotrópicas está na atomicidade. FÓSFORO BRANCO: É altamente venenoso, mole e quebradiço e apresenta-se na forma de P4. Fósforo branco (P4) P P P P FÓSFORO VERMELHO: Constitui a forma alotrópica mais estável. É duro, quebradiço e não venenoso. Pode ser representado por Pn. Fósforo vermelho (P4)n P P P P P P P P FÓSFORO NEGRO: Obtido a partir do aquecimento do fósforo branco a altas pressões a 200°C. Representa uma forma altamente polimerizada e termodinamicamente estável. D iv o. 2 01 6. D ig ita l. 4) Alotropia do elemento enxofre As duas formas alotrópicas são diferenciadas pela estrutura. Há o enxo- fre rômbico (forma mais estável) e o enxofre monoclínico. Enxofre rômbico (S8) Enxofre monoclínico (S8) MISTURAS: Na verdade, a maioria dos materiais (tanto os naturais como os artificiais) não são formados apenas por uma substância: são constituídos por várias substâncias juntas, isto é, formam misturas. Aula 01 5Química 1E Sistemas – Misturas Sendo uma ciência experimental, a Química estuda vários sistemas. Sistema: qualquer porção da matéria que está sendo estudada. SISTEMA HOMOGÊNEO: apresenta as mesmas propriedades em toda a sua extensão é visualmente uniforme. Exemplos: Água Água + Álcool Água + Sal dissolvido SISTEMA HETEROGÊNEO: não apresenta as mesmas propriedades em toda a sua extensão não é visual- mente uniforme. Exemplos: Gelo Água Água + Areia Gasolina + Água FASE: cada parte homogênea de um sistema. Todo sistema homogêneo é monofásico, enquanto que todo sistema heterogêneo é polifásico. Não é necessário que uma fase seja contínua. Exem- plo: vários cubos de gelo separados constituem uma única fase. • O número de fases não é obrigatoriamente igual ao número de componentes. Chama-se componente cada substância que participa de um sistema. Água líquida e gelo, por exemplo, constituem um sistema de duas fases e um único componente. Serão apresentados agora vários exemplos de siste- mas, onde F = número de fases C = número de componentes Sistema No. fases/Componentes F = 1 C = 2 (C2H5OH e H2O) F = 1 C = 2 (H2O e NaCℓ) F = 1 C = 2 (H2O e H3CCOOH) F = 1 C = 2 (H2SO4 e H2O) F = 1 C = 3 (H2O, C12, H22, O11 e NaCℓ) F = 1 C = 3 (O2, N2 e CO2) F = 4 C = 4 (H2O, óleo, Fe e S) F = 3 C = 3 (H2O, NaCℓ e Fe) F = 1 C = 3 (H2O, C12, H22, O11, e NaCℓ) Oxigênio + Nitrogênio + Dióxido de carbono Vapor Água salgada Limalha de ferro Vapor Gelo Água Óleo Água Limalha de ferro + Enxofre Álcool hidratado Água salgada Vinagre Água de bateria Água + Açúcar + Cloreto de sódio Ilu sr ta çõ es : D iv an zi r P ad ilh a. 2 00 5. D ig ita l. Um sistema constituído por um único componente (só uma substância) é uma SUBSTÂNCIA PURA. Um sistema constituído por mais que um compo- nente (várias substâncias) é uma MISTURA. Uma substância pura tem composição fixa e, portan- to, as propriedades de uma substância pura são muito bem definidas. Uma mistura pode apresentar várias proporções entre as quantidades dos seus componentes e, portanto, as propriedades de uma mistura dependem da concentração dos seus componentes. 6 Semiextensivo Por exemplo: a densidade da água em uma determi- nada condição é bem definida; a densidade do sal (cloreto de sódio) também é definida. A densidade de uma mistu- ra de água com sal depende da concentração de sal. Qualquer mistura homogênea pode ser chama- da de solução. Análise dos sistemas de acordo com o estado físico 1. Sistema formado apenas por gases sempre é homogêneo. Exemplo: ar: – N2 (78% em volume) – O2 (21% em volume) 2. Sistema formado por sólidos geralmente é heterogêneo (e o número de fases coincide com o número de componentes). Exemplo: granito: – quartzo – feldspato 3 fases – mica Observação: Alguns sistemas sólidos podem ser homogê- neos (solução sólida). Exemplo: Ouro 18 quilates (75% de ouro e 25% de cobre + prata) (liga metálica). 3. Sistema formado por líquidos depende da solu- bilidade dos líquidos entre si. Exemplo: Água + Álcool (1 fase) Gasolina Água 2 fases a) b) Ilu sr ta çõ es : D iv an zi r P ad ilh a. 2 00 5. D ig ita l. A homogeneidade de um sistema formado por líquidos ou formado por sólido com líquido depende da SOLUBILIDADE. Uma substância é solúvel em outra quando houver uma ATRAÇÃO entre elas, isto é, houver uma certa afinidade. Diferenças entre substância pura e mistura A constância das propriedades de uma substância pura e a variabilidade dessas mesmas propriedades nas misturas são consequências das suas próprias constituições. Isso pode ser analisado em dois níveis: macroscópico e microscópico. 1. Escala macroscópica Curva de aquecimento da água T o(C) 100 0 –20 tempo S S e L L L e G G Observa-se que tanto durante a fusão como durante a ebulição a temperatura permaneceu constante. Isto só pode ser consequência do fato de que nessa amostra existe apenas uma substância, ou seja, essa amostra só pode ser de uma substância pura. Imagine agora que uma outra experiência análoga forneceu o resultado a seguir: Curvas de misturas comuns T t t T Aquecimento Resfriamento Como a temperatura não permaneceu constante em nenhuma situação, isso é sinal de que existe mais de um componente nessa amostra, isto é, trata-se de uma mistura. Aula 01 7Química 1E Há dois casos especiais: Curvas de mIsturas eutéticas T t t T Aquecimento Resfriamento PF PS Como a temperatura não permaneceu constante nas duas mudanças de estado, essa amostra não pode ser uma substância pura; portanto, tem que ser uma mistura. No entanto, não é uma mistura qualquer, pois durante a fusão a temperatura permaneceu constante. Trata-se de uma mistura eutética. Um exemplo típico é a solda (usada nas oficinas e nas indústrias). Curvas de mIsturas azeotrópicas T t t T Aquecimento Resfriamento PE PL Nesse caso, a análise do gráfico revela que também se trata de uma mistura. No entanto, agora a tempera- tura permaneceu constante durante a ebulição. É uma mistura azeotrópica. Um exemplo típico é o sistema com 96% (em volume) de álcool etílico com 4% de água. 2. Escala microscópica Inicialmente é bom lembrar que qualquer substân- cia é formada por pequeníssimas unidades, sendo que existem vários tipos de unidades, como, por exemplo: • moléculas: compostos moleculares (como água, ácidos, gás carbônico, glicose) • íons (aglomerados iônicos): compostos iônicos (sais, óxido de cálcio) • átomos: gases nobres Um sistema formado apenas por um componente (uma única substância: C = 1), obviamente possui todas essas unidades iguais: é umasubstância pura. Exemplo: em um recipiente que contenha apenas água, todas as moléculas são iguais; dessa forma é preciso apenas uma fórmula para representar esse sistema (H2O). Se um sistema for constituído por unidades diferen- tes, é sinal de que nesse sistema existe mais que uma substância (C > 1) e, portanto, trata-se de uma mistura. Exemplo: água com sal; para representá-lo é necessário mais que uma fórmula (H2O + NaCℓ). Se uma substância química estiver “sozinha”, isto é, não estiver misturada com outra substância, ela é con- siderada uma substância pura. Uma substância pura é chamada simplesmente de substância. Exemplos de substâncias puras: Água pura H2O Açúcar puro C12H22O11 Ozônio puro O3 As substâncias químicas podem se apresentar junto com outras. Esse tipo de sistema é chamado de mistura. Exemplos de misturas: Ar atmosférico N2 + O2 Água com açúcar H2O + C12H22O11 Conclusões: • Sistema com um único tipo de “molécula” Substância pura. • Sistema com mais que um tipo de “molécula” Mistura. Observa-se que uma mistura não pode ser represen- tada por uma única fórmula química. Transformações ou processos É muito comum que os sistemas sofram transforma- ções. Essas podem ser de 3 tipos: 1. PROCESSO FÍSICO: as moléculas permanecem as mesmas. As substâncias continuam as mesmas; ocorre apenas a alteração de alguma propriedade física como a posição em relação a um referencial, a quantidade de energia, a distância entre as partículas. Nesse caso as unidades que constituem a matéria (como as moléculas) continuam as mesmas. Exemplos de fenômenos físicos: 8 Semiextensivo • o movimento de um automóvel; • o aquecimento de uma substância; • todas as mudanças de estado físico; • a dissolução de um soluto em um solvente. 2. PROCESSO QUÍMICO (reação): as moléculas se transformam, mas os átomos permanecem. Ocorre a transformação de substâncias (chamadas reagentes) em outras (chamadas produtos). Nesse caso há a quebra das moléculas dos reagentes e a formação das moléculas dos produtos; no entanto, os átomos con- tinuam os mesmos (e, por isso, sempre é necessário que seja feito o balanceamento de uma equação química). Exemplos de fenômenos químicos: • ácido + base sal + água; • queima de um combustível; • digestão dos alimentos; • oxidação de um metal. 3. PROCESSO NUCLEAR: até os átomos se transformam. Ocorre a transformação dos próprios elementos químicos em outros, conseguida pela alteração do número de prótons existentes nos núcleos. Justamente por alterar o núcleo do átomo, essas transformações geralmente envolvem uma grande quantidade de energia. Esses processos serão estudados no assunto “Radioatividade”. Testes Assimilação 01.01. (UFPR) – Boiar no mar Morto: luxo sem igual É no ponto mais baixo da Terra que a Jordânia guarda seu maior segredo: o mar Morto. Boiar nas águas salgadas do lago formado numa depressão, a 400 metros abaixo do nível do mar, é a experiência mais inusitada e neces- sária dessa jornada, mas pode estar com os anos contados. A superfície do mar Morto tem encolhido cerca de 1 metro por ano e pode sumir completamente até 2050. Camila Anauate. O Estado de São Paulo. Disponível em http://www.estadao.com.br/ noticias/suplementos.boiar-no-mar-morto-luxo-sem-igual,175377,0.htm. Acessado em 08/08/2011. A alta concentração salina altera uma propriedade da água pura, tornando fácil boiar no mar Morto. Assinale a alternativa correspondente a essa alteração. a) Aumento da tensão superficial. c) Aumento da pressão de vapor. e) Aumento da viscosidade. b) Aumento da densidade. d) Aumento da temperatura de ebulição. Exemplos de fenômenos nucleares: • a fissão nuclear que ocorre na bomba atômica e em uma usina nuclear; • a fusão entre os átomos que ocorre no Sol; • o decaimento radioativo espontâneo de um núcleo atômico instável; • a produção artificial de novos elementos químicos. Propriedades das substâncias Cada substância é caracterizada por suas propriedades. • Propriedades físicas: relacionam-se diretamente com as medidas físicas (que não mudam a composi- ção) e com os fenômenos físicos da substância. Exemplos: ponto de fusão, ponto de ebulição, densida- de, dureza, calor específico, volatilidade, solubilidade. • Propriedades químicas: relacionam-se diretamente com as reações químicas da substância. Exemplos: reatividade, inflamabilidade, caráter (áci- do, básico ou neutro), capacidade de sofrer oxidação ou redução. • Propriedades organolépticas: são aquelas captadas pelos sentidos de um organismo vivo. Exemplos: sabor, odor, cor. Aula 01 9Química 1E Aperfeiçoamento 01.05. (ENEM) – A gasolina é vendida por litro, mas em sua utilização como combustível, a massa é o que importa. Um aumento da temperatura do ambiente leva a um aumento no volume da gasolina. Para diminuir os efeitos práticos dessa variação, os tanques dos postos de gasolina são subterrâneos. Se os tanques não fossem subterrâneos: I. Você levaria vantagem ao abastecer o carro na hora mais quente do dia pois estaria comprando mais massa por litro de combustível. II. Abastecendo com a temperatura mais baixa, você estaria comprando mais massa de combustível para cada litro. III. Se a gasolina fosse vendida por kg em vez de por litro, o problema comercial decorrente da dilatação da gasolina estaria resolvido. Destas considerações, somente a) I é correta. b) II é correta. c) III é correta. d) I e II são corretas. e) II e III são corretas. 01.06. (ULBRA – RS) – Os sólidos e os gases, em nível microscópico, podem ser caracterizados pelas seguintes propriedades: Sólido Gás a) ter volume próprio; ocupar o volume do reci-piente que o contém; b) não apresentar cheiro; apresentar cheiro carac-terístico; c) elevado ponto de fusão; baixo ponto de liquefação; d) moléculas ordenadas; desordem molecular; e) elevada energia cinética. baixa energia cinética. 01.02. Para cada um dos sistemas a seguir, indique o número de fases (F) e o número de componentes (C): a) água + sal de cozinha dissolvido F = ____ C = ____ b) óleo + água: F = ____ C = ____ c) água + óleo + 2 pregos de ferro + 3 cubos de gelo F = ____ C = ____ d) água + gelo + vapor-d’água F = ____ C = ____ e) água + açúcar dissolvido + açúcar sólido F = ____ C = ____ 01.03. (UFPR) – Numa proveta de 100 mL, foram colocados 25 mL de CCℓ4, 25 mL de água destilada e 25 mL de tolueno (C7H8). A seguir, foi adicionada uma pequena quantidade de iodo sólido (I2) ao sistema. O aspecto final pode ser visto na figura a seguir: C7H8 + I2 água destilada CCℓ4 + I2 Pode-se dizer que o número de fases, o número de com- ponentes e o número de elementos químicos presentes no sistema esquematizado acima é de: a) 3, 4 e 5 b) 3, 4 e 6 c) 1, 3 e 5 d) 1, 5 e 6 e) 2, 3 e 5 01.04. (CESGRANRIO – RJ) – Dentre as transformações abaixo, assinale a alternativa que apresenta um fenômeno químico: a) obtenção da amônia a partir de hidrogênio e nitrogênio b) obtenção de gelo a partir da água pura c) obtenção de oxigênio líquido a partir do ar atmosférico d) solidificação da parafina e) sublimação da naftalina 10 Semiextensivo 01.07. Nos sistemas abaixo, as esferas estão representando átomos. SISTEMA 1 SISTEMA 2 SISTEMA 3 Assinale a alternativa falsa: a) O sistema 1 contém apenas uma substância. b) O sistema 1 é formado por uma substância composta. c) O sistema 3 representa uma mistura. d) O sistema 3 contém duas substâncias simples e uma composta. e) O sistema 2 apresenta uma única substância. 01.08. No sistema: [3 O2; H2O; O3; 2 NH3], estão contidos, res- pectivamente, os seguintes números de elementos químicos (I), átomos (II), moléculas (III) e substâncias compostas (IV). I II III IV a) 3 12 4 3 b) 3 20 2 2 c) 3 20 7 2 d) 4 12 2 3 e) 4 20 7 2 01.09. (ENEM) – Pelas normas vigentes o litro do álcool hidratado que abastece os veículos deve ser constituído de 96% de álcool puro e 4% de água (em volume). As densida- des desses componentessão dadas na tabela. Substâncias Densidade (g/L) Água 1000 Álcool 800 Um técnico de um órgão de defesa do consumidor inspe- cionou cinco postos suspeitos de venderem álcool hidratado fora das normas. Colheu uma amostra do produto em cada posto, mediu a densidade de cada uma, obtendo: Posto Densidade do combustível (g/L) I 822 II 820 III 815 IV 808 V 805 A partir desses dados, o técnico pôde concluir que estavam com o combustível adequado somente os postos. a) I e II b) I e III c) II e IV d) III e V e) IV e V Aula 01 11Química 1E 01.10. (PUCMG) – Considere as seguintes proposições: I. Não existe sistema polifásico formado de vários gases ou vapores. II. A água é uma mistura de hidrogênio e oxigênio. III. Todo sistema homogêneo é uma mistura homogênea. IV. Existe sistema monofásico formado por vários sólidos. V. Todo sistema polifásico é uma mistura heterogênea. São VERDADEIRAS as afirmações: a) I, II e III b) I e IV apenas c) I e II apenas d) III, IV e V e) II e III apenas 01.11. (PUCMG) – Observe os sistemas abaixo, onde as esferas representam átomos: I II III Sobre esses sistemas, a afirmação incorreta é: a) II contém uma substância pura. b) III contém uma mistura. c) I contém duas substâncias simples. d) II contém uma mistura. e) I contém uma mistura. 01.12. Considere os processos enunciados abaixo. Classifi- que cada um deles em transformação física (F) ou transfor- mação química (Q): a) ( ) formação da neve b) ( ) combustão do gás de cozinha c) ( ) dissolver açúcar na água d) ( ) enferrujamento de um metal e) ( ) secagem de roupa no varal f ) ( ) fabricação caseira de pães g) ( ) filtração da água pela vela do filtro h) ( ) avermelhamento da palha de aço i) ( ) ferver água na chaleira j) ( ) acender um fósforo k) ( ) fazer gelo no congelador l) ( ) queimar açúcar para fazer caramelo m) ( ) atração do ferro por um ímã n) ( ) obtenção de iogurte a partir do leite o) ( ) sublimação do gelo-seco p) ( ) explosão da dinamite q) ( ) misturar areia com terra r) ( ) digestão dos alimentos s) ( ) destilação feita nos alambiques t) ( ) mistura de um ácido com uma base 01.13. (UFPI) – A reação de X com Y é representada abaixo. Indique qual das equações melhor representa a equação química balanceada. = átomo Y = átomo X a) 2 X + Y2 2 XY b) 6 X + 8 Y 6 XY + 2 Y c) 3 X + Y2 3 XY + Y d) X + Y XY e) 3 X + 2 Y2 3 XY + Y2 12 Semiextensivo 01.14. (UFG – GO) – São características das reações químicas: 01) formarem novo(s) material(is) ou substância(s); 02) serem reconhecidas pelas diferenças entre proprieda- des físicas e/ou químicas dos reagentes e produtos; 04) ocorrerem com conservação de massas (em sistemas fechados) e segundo proporções fixas entre reagentes e produtos; 08) serem representadas por equações químicas; 16) ocorrerem com rearranjos de átomos; 32) ocorrerem absorvendo ou liberando energia. Aprofundamento 01.15. (UFMG) – Observe as figuras: I II III etanol puro mistura II mistura III Essas figuras representam densímetros como aqueles utiliza- dos em postos de gasolina. O primeiro contém etanol puro (d = 0,8 g/cm3). Dos dois restantes, um contém etanol e água (d = 1,0 g/cm3) e outro, etanol e gasolina (densidade aproximada da gasolina = 0,7g/cm3). Com base nessas informações, é possível afirmar que: a) a densidade da bola preta é maior que 1,0 g/cm3 b) no densímetro II, a mistura tem densidade menor que 0,8 g/cm3 c) no densímetro II, a mistura contém gasolina d) a densidade da bola branca é menor que 0,8 g/cm3 e) no densímetro III, a mistura contém água 01.16. (FUVEST – SP) – A tabela a seguir contém dados sobre alguns ácidos carboxílicos. Nome Fórmula Ponto de ebulição a 1 atm (°C) Densidade a 20°C (g/mL) Ácido etanoico H3CCO2H 118 1,04 Ácido n-butanoico H3C(CH2)2CO2H 164 0,96 Ácido n-pentanoico H3C(CH2)3CO2H 186 0,94 Ácido n-hexanoico H3C(CH2)4CO2H 205 0,93 Assinale a alternativa que apresenta uma afirmação coerente com as informações fornecidas na tabela. a) A 20°C, 1 mL de ácido etanoico tem massa maior do que 1 mL de ácido n-pentanoico. b) O ácido propanoico (H3CCH2CO2H) deve ter ponto de ebulição (a 1 atm) acima de 200°C. c) O acréscimo de um grupo – CH2 – à cadeia carbônica provoca o aumento da densidade dos ácidos carboxílicos. d) O aumento da massa molar dos ácidos carboxílicos facilita a passagem de suas moléculas do estado líquido para o gasoso. e) O ácido n-butanoico deve ser menos volátil que o ácido n-hexanoico, a uma mesma temperatura. 01.17. (UFCE) – A água (H2O) sofre decomposição pela ação da corrente elétrica, produzindo hidrogênio (H2) e oxigênio (O2), segundo a reação equacionada abaixo: H2O(ℓ) H2(g) + 1/2 O2(g) Baseado nestas informações, assinale a alternativa correta: a) A água é uma substância pura simples e se decompõe em duas outras substâncias puras compostas: H2 e O2. b) A água e o hidrogênio são substâncias puras compostas, e o oxigênio é uma substância pura simples. c) A água é uma mistura composta das substâncias H2 e O2, e o hidrogênio e o oxigênio são substâncias simples. d) A água, o hidrogênio e o oxigênio são classificados como substâncias compostas. e) O hidrogênio e o oxigênio são substâncias simples. O hidrogênio não pode fornecer, por processos químicos, nenhuma substância simples. Aula 01 13Química 1E 01.18. (FPT – PR) – Leia atentamente as afirmações abaixo, relacionadas com as propriedades gerais da matéria, e assi- nale a soma das verdadeiras: 01) Quando você passa álcool (C2H5OH) na pele sente uma sensação de frio. Isto ocorre pois o álcool é uma substância composta volátil, ou seja, fácil de vaporizar. Como a passagem do estado líquido para o gasoso é endotérmica, o álcool retira energia da pele. 02) A densidade de um material homogêneo não depen- de do seu volume. Assim, por exemplo, se 1 L de água na temperature ambiente apresenta uma densidade de 1 g/cm3, 10 L de água a 25°C também possui uma densidade de 1kg/L. 04) Na língua portuguesa utilizamos apenas 26 letras e, com elas, podemos escrever milhares de palavras di- ferentes. Assim também é na Química: com relativa- mente poucos elementos químicos (perto de 100) a Natureza forma milhões de substâncias diferentes. 08) Cada substância molecular pode ser representada pela fórmula da sua molécula, assim como cada elemento químico (que consta na Tabela Periódica) é caracteriza- do por um tipo de átomo e pode ser representado pelo seu símbolo. 16) As duas substâncias mais encontradas no ar são do tipo simples: o N2 e o O2. O gás nitrogênio é inerte (di- fícil de reagir) e o gás oxigênio é fundamental para a nossa respiração. 32) As principais formas alotrópicas do carbono são: o gra- fite, o diamante e os fulerenos. A diferença entre essas substâncias simples está nos seus arranjos atômicos, isto é, na forma como os átomos de carbono se estru- turam. Desses 3 alótropos o mais estável é o grafite e, portanto, ele é o mais encontrado na natureza. 01.19. (FTI – MG) – As substâncias químicas podem ser re- presentadas por nomes, símbolos ou fórmulas. Considerando as seguintes fórmulas e símbolos: O2; H2O; H2S; NaHCO3; Fe; O3; H – O – O – H; H2O2, é correto afirmar: 01) H2O e H2O2 representam duas substâncias compostas diferentes. 02) O2 e O3 são formas alotrópicas do elemento oxigênio. 04) A fórmula H2S indica uma substância formada por dois elementos (substância binária); em cada molécula des- sa substância há 3 átomos. 08) A representação H – O – O – H indica as ligações entre os átomos na molécula do H2O2, sendo que essa última é chamada de fórmula molecular. 16) Fe pode representar o elemento ferro (símbolo) e a substância metálica ferro (fórmula). 32) O gás oxigênio e o gás ozônio são substâncias simples. 01.20. (UEM – PR) – Assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01) Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico forma duas ou mais substâncias simples dife- rentes.02) Substâncias alotrópicas apresentam propriedades quí- micas e físicas idênticas. 04) As moléculas de CO e CO2 e o íon CO3 2– são considera- das substâncias alotrópicas entre si. 08) O nanotubo de carbono não pode ser considerado um alótropo do carbono, pois apresenta somente carbo- nos do tipo sp2, enquanto o diamante apresenta car- bonos do tipo sp3. 16) O alótropo O2 é mais estável que o ozônio, e a conver- são do primeiro para o segundo pode ser conseguida através de descargas elétricas, como relâmpagos. 01.21. (MCQ – CE) – A amostra de uma espécie química foi analisada em um laboratório e, como resultado, obteve-se o seguinte gráfico: t(ºC) Tempo (s)3020100 -40 +20 0 Dentre as seguintes alternativas, assinale aquela que não está correta em relação ao gráfico: a) O gráfico representa a mudança de fase de uma espécie química pura. b) A temperatura de fusão da espécie é menor que a da água pura. c) O tempo gasto para fundir a espécie química é aproxima- damente o mesmo gasto na ebulição. d) Abaixo de 0°C, a espécie química está totalmente na fase líquida. e) A fusão desta espécie química ocorre aproximadamente a –20°C. 14 Semiextensivo 01.22. (FT – MG) – Some as afirmações verdadeiras: 01) Em uma substância pura, todas as moléculas são iguais (há apenas uma única substância). 02) Em uma substância simples, todos os átomos são de um mesmo elemento químico. 04) Qualquer mistura homogênea é uma solução. As soluções podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. 08) As propriedades de uma substância pura são bem defini- das, mas as propriedades de uma mistura dependem da concentração dos seus componentes. 16) O petróleo, o leite, o vinagre, a água mineral e o ar são exemplos de misturas. 32) Sistema heterogêneo é sinônimo de sistema polifásico. Os sistemas formados por sólidos geralmente são hete- rogêneos. 01.23. Com relação às propriedades da matéria e às trans- formações das substâncias puras e das misturas, é correto afirmar: 01) Todas as mudanças de estado são processos físicos, isto é, as substâncias continuam sendo as mesmas. 02) A vaporização é um exemplo de processo físico endo- térmico. A combustão é um exemplo de processo quí- mico exotérmico. 04) Inflamabilidade, capacidade de sofrer oxidação e reati- vidade são exemplos de propriedades químicas. 08) Densidade absoluta, solubilidade, ponto de ebulição e ponto de fusão são propriedades físicas que podem ser usadas na identificação de uma substância pura. 16) As substâncias puras, durante as mudanças de estado de agregação realizadas a uma determinada pressão, mantêm a temperatura constante. 32) O ponto de ebulição de uma substância depende da pressão. 01.24. (UEPG – PR) – Assinale o que for correto sobre a figura abaixo, que representa a reação química que ocorre em um reator. 01) A reação ocorre entre uma substância simples e uma substância composta. 02) Ambos os sistemas indicados constituem misturas. 04) A estequiometria da reação é de 1:1. 08) O reagente limitante da reação é monoatômico. 16) A reação representada é de condensação. Aula 01 15Química 1E Discursivos 01.25. (UNICAMP – SP) – A figura a seguir mostra o esquema de um processo usado para a obtenção de água potável a partir de água salobra (que contém alta concentração de sais). Este “aparelho” improvisado é usado em regiões desérticas da Austrália. Sol Plástico transparente Pedras Água potável Água salobra Solo a) Que mudanças de estado ocorrem com a água, dentro do “aparelho”? b) Onde, dentro do “aparelho”, ocorrem estas mudanças? c) Qual destas mudanças absorve energia e de onde esta energia provém? 01.26. Observe atentamente os sistemas abaixo, nos quais as “bolinhas” representam átomos, e responda ao que foi pedido: elemento x elemento y elemento z A B C D E a) A quantidade de substâncias em cada sistema. b) Em quais sistemas só é encontrada uma substância. c) Em quais sistemas há mais que uma substância (são misturas). d) Quais sistemas são constituídos apenas por substâncias simples. e) A quantidade de elementos químicos em cada sistema. 16 Semiextensivo Gabarito 01.01. b 01.02. a) 1 – 2 b) 2 – 2 c) 4 – 3 d) 3 – 1 e) 2 – 2 01.03. a 01.04. a 01.05. e 01.06. d 01.07. e 01.08. c 01.09. e 01.10. b 01.11. d 01.12. F; Q; F; Q; F; Q; F; Q; F; Q; F; Q; F; Q; F; Q; F; Q; F; Q; 01.13. a 01.14. 63 (01, 02, 04, 08, 16, 32) 01.15. d 01.16. a 01.17. e 01.18. 63 (01, 02, 04, 08, 16, 32) 01.19. 63 (01, 02, 04, 08, 16, 32) 01.20. 17 (01, 16) 01.21. d 01.22. 63 (01, 02, 04, 08, 16, 32) 01.23. 63 (01, 02, 04, 08, 16, 32) 01.24. 10 (02, 08) Todos nós temos condições físicas e técnicas para a escalada do Everest, mas o que vai nos levar lá para cima é a força interior de cada um. Pode ser difícil superar o vento, o frio e a falta de oxi- gênio, mas é muito mais difícil superar-se a si mesmo. W. Niclevicz f ) A fórmula da substância do sistema B. g) As possíveis fórmulas da substância encontrada em A. h) As fórmulas das substâncias do sistema D. 01.25. a) Evaporação e condensação. b) A evaporação ocorre na superfície da água salobra, enquanto que a con- densação ocorre na superfície inferior do plástico. c) A evaporação. A energia provém do Sol (energia solar). 01.26. a) A – 1; B – 1; C – 3; D – 3; E – 3 b) A e B c) C, D e E d) B e D e) A – 2; B – 1; C – 2; D – 2; E – 3 f ) X2 g) YZ ou ZY h) X2, X3 e Z2 17Química 1E Processos físicos de separação Química 1EAula 02 Na natureza é muito raro encontrarmos substâncias puras: geralmente são encontradas misturas com vários componentes. Portanto, ao necessitarmos de alguma substância, é preciso separá-la de outras. Ou seja: os processos de separação (assunto também chamado de ANÁLISE IMEDIATA ou DESDOBRAMENTO DE MIS- TURAS) são bem mais comuns e importantes do que aparentam. Vale ressaltar que os processos aqui estudados são transformações físicas, isto é, as substâncias presentes continuam as mesmas; apenas ficarão com maior grau de pureza, característica importante para futuras apli- cações. Antes de estudar esses processos, convém chamar a atenção para um aspecto fundamental, não apenas neste assunto, mas sempre: a importância de se fazer o melhor possível! A decisão por um processo não pode ser feita de maneira superficial ou apressada, mas exige análises mais rigorosas. Não se trata de escolher qualquer processo, mas deve-se sempre procurar qual é o melhor; a isso se chama OTIMIZAÇÃO. A fim de otimizar a escolha de um processo de separação de misturas, após saber qual o produto de maior interesse, os seguintes aspectos devem ser levados em conta: • eficácia do processo • simplicidade • custo • tempo necessário para a operação Exemplo: uma mistura de água com sal (água do mar): 1. Se o produto de interesse for o sal, o mais simples e barato é esperar a água evaporar (apesar do tempo gasto). É o que se faz nas salinas e é por isso que o sal é um produto barato. 2. Se o produto de interesse for a água, a evaporação não serve, pois esse produto será perdido. Nesse caso deve-se recorrer a uma destilação, na qual os dois componentes podem ser aproveitados. Para sistematizar melhor o estudo de análise imedia- ta, cada tipo de mistura (homogênea ou heterogênea) será classificada de acordo com o estado físico dos componentes a serem separados. Vale a pena observar que cada processo de separação utiliza pelo menos uma propriedade que permita separar os componentes: é a chamada “propriedade diferencial”. Misturas heterogêneas Sólido/Líquido 1. O mais simples é esperar o sólido insolúvel “afundar” no líquido, pela atuação da gravidade: é a SEDIMEN- TAÇÃO ou DECANTAÇÃO. Ex.: água com areia. É um processo barato, mas lento. O líquido sobrenadante pode ser retirado através de uma SIFONAÇÃO: aspi- ração (como ao se retirar a gasolina de um tanque de automóvel com a utilização de uma mangueirinha). Lembrete: os fluidos – líquidos e gases – sempre se movimentam para onde a pressãofor menor. Sedimentação de sólido em líquido: béquer REPOUSO água barrenta barro água líquido bagueta sólido Se for necessária uma maior velocidade na operação, pode ser feita uma CENTRIFUGAÇÃO, na qual a acelera- ção da gravidade é substituída por uma aceleração bem maior, consequência de um movimento de rotação. Ex.: tirar a nata do leite, fazer um exame de sangue. Centrifugação: Ilu st ra çõ es : J ac k Ar te . 2 01 6. D ig ita l. 18 Semiextensivo 2. Também é possível fazer uma FILTRAÇÃO, lembrando que um filtro retém apenas os sólidos. Ex.: coar o pó ao se fazer café. A filtração é mais eficaz que a sedi- mentação (retém maior porcentagem de sólidos). Filtração: Mistura sólida + líquido Bastão de vidro (baqueta) Líquido separado (filtrado) Béquer Sólido separado (retido) Funil com papel de filtro Se, em um laboratório de química, for necessária essa separação mais rápida, é feita a FILTRAÇÃO A VÁCUO. Filtração a vácuo: Funil de Buchner (porcelana) Papel de filtro Frasco de kitassato (vidro) Fundo perfurado Rolha de borracha Pressão Atmosférica Ar Trompa d’ água Filtrado A filtração também pode ser utilizada para separar uma mistura heterogênea do tipo sólido/gasoso. Ex.: filtro de ar de um automóvel. Ilu st ra çõ es : D iv an zi r P ad ilh a. 2 00 4. D ig ita l. Líquido/Líquido Aqui é o caso de líquidos imiscíveis, que apresentem densidades diferentes. Basta fazer uma DECANTAÇÃO. Ex.: água com óleo. Nos laboratórios de química esse procedimento costuma ser feito no funil de separação: Decantação (separação de líquidos imiscíveis de densidades diferentes) Funil de bromo ou funil de separação Torneira Líquido mais denso Líquido menos denso Observação: A separação de dois líquidos imiscíveis (líqui- dos que não se misturam, constituindo, portanto, uma mistura heterogênea) também pode ser fei- ta por sifonação. Exemplos de líquidos insolúveis na água: óleo, gaso- lina, tetracloreto de carbono (CCℓ4), mercúrio. Sólido/Sólido 1. Se, visualmente, os sólidos forem diferentes, pode ser usada a CATAÇÃO. Ex.: “escolher feijão”. 2. Se os sólidos tiverem granulometrias diferentes pode ser usado o PENEIRAMENTO. Ex.: separar a farinha de trigo das “pedrinhas” eventualmente presentes. 3. Se um dos sólidos for atraído por um ímã e o outro não for, pode ser usada a SEPARAÇÃO MAGNÉTICA (imantação). Ex.: ferro com argila. 4. Se os sólidos tiverem densidades diferentes e forem insolúveis em um líquido com densidade intermediária a eles, pode ser usada a FLUTUAÇÃO. Ex.: terra com serragem adicionar água (pois a serragem flutua, mas a terra sedimenta). Às vezes, a flutuação é, erradamente, chamada de flotação. 5. Se um dos sólidos tiver um baixo ponto de SUBLI- MAÇÃO, pode ser usada essa mudança de estado para a separação. Ex.: iodo com impurezas. 6. Se os sólidos possuírem solubilidades diferentes em um solvente, pode ser usada a DISSOLUÇÃO FRACIO- Aula 02 19Química 1E NADA (ou EXTRAÇÃO POR SOLVENTE). Ex.: sal com areia adicionar água; na sequência deve ser feita uma filtração, que retém a areia úmida e deixa passar a água com sal. Dissolução fracionada (extração): Ilu st ra çõ es : D iv an zi r P ad ilh a. 2 00 4. D ig ita l. Adicionando água Sal + Areia Solução de água e sal Filtração Areia Solução de água e sal Sal Água destilada Destilação 7. Se os sólidos tiverem pontos de fusão diferentes, pode ser usada a FUSÃO FRACIONADA. Ex.: enxofre com areia. Fusão fracionada: Enxofre + areia Aquecimento Enxofre líquido (fundido) Areia (Sólida) Entornando o frasco Areia (sólida) Enxofre 8. Se os sólidos possuírem velocidades de arraste dife- rentes em um fluido, pode ser usada a LEVIGAÇÃO (se o fluido for um líquido; ex.: separar o ouro da terra por um fluxo de água, que arrasta a terra e deixa o ouro) ou a VENTILAÇÃO (se o fluido for o ar; ex.: separar a casquinha do amendoim). De maneira geral, os processos de separação de misturas têm uma enorme importância nas indústrias químicas, onde eles são utilizados em larga escala. Normalmente o objetivo não é alcançado em uma única etapa, mas é necessária uma sequência de vários estágios de separação, o que caracteriza um processo. Agora será estudado o fracionamento de uma solu- ção. Continua válida a observação que é sempre preciso otimizar, ou seja, escolher o melhor processo. Misturas homogêneas Sólido/Líquido 1. Um componente sólido pode ser retirado do líquido no qual ele está dissolvido por meio da CRISTALIZA- ÇÃO; a ideia é fazer com que o sólido precipite para facilitar a sua posterior retirada. Ex.: obtenção do sal a partir da água do mar nas salinas (por evaporação do solvente). 2. Outra possibilidade que, geralmente, provoca maior gasto de energia, porém é bem mais rápida que a evaporação, é fazer uma DESTILAÇÃO SIMPLES, aproveitando a grande diferença entre as volatilida- des de um sólido e de um líquido. Um exemplo típico feito em um laboratório de química: Destilação simples: Saída da água de refrigeração Condensador Água pura Água salgada Entrada de água fria Frasco de destilação An ge la G ise li. 2 00 8. D ig ita l. 20 Semiextensivo Líquido/Líquido Dois líquidos miscíveis que possuam diferença de volatilidade podem ser separados ao serem aquecidos até a ebulição; no entanto, como os componentes são líquidos, a diferença entre os seus pontos de ebulição é menor do que no caso anterior (sólido/líquido). Assim, essa destilação deve ser feita com mais cuidado, em uma coluna de fracionamento, monitorada com termômetro. Trata-se de uma DESTILAÇÃO FRACIONADA. Um exem- plo importante ocorre nas refinarias de petróleo: Destilação fracionada: An ge la G ise li. 2 00 8. D ig ita l. Gasolina Fornalha Gás Petróleo cru Óleos pesados Va po re s q ue so be m Óleo Querosene Gás/Gás 1. O caso mais importante é a obtenção de nitrogênio e oxigênio, tendo o ar atmosférico como matéria- -prima. Geralmente isso é feito em duas etapas: 1.a) LIQUEFAÇÃO do ar (pelo abaixamento da tempe- ratura e aumento da pressão); 2.a) DESTILAÇÃO FRACIONADA dessa mistura líquida. O mesmo resultado seria obtido por uma LIQUEFA- ÇÃO FRACIONADA. 2. Em alguns casos, pode ser usada uma ADSORÇÃO: um dos gases fica adsorvido em um sólido poroso (como o carvão ativado) e o outro não. Ex.: másca- ras contra gases usadas em algumas situações de emergência. Testes Assimilação 02.01. Complete a frase: “A dissolução fracionada (extração) utiliza a diferença de ç a deee . O princípio usado pela flutuação é que os sólidos sejam insolúveis e tenham dife- rença de ç j a deee . O peneiramento pode ser utilizado se os sólidos tiverem remmm diferentes.” a) solubilidade – densidade – densidades b) densidade – solubilidade – granulometrias c) volatilidade – densidade – solubilidade d) solubilidade – volatilidade – densidade e) solubilidade – densidade – granulometrias 02.02. (FMCA – SP) – A unidade de sangue total, obtida de um doador, pode ser fracionada por centrifugação, dando origem até a 4 componentes: concentrado de hemácias, concentrado de plaquetas, plasma fresco congelado e crio- precipitado. Estes produtos, submetidos a rígidos controles de qualidade para assegurar sua máxima eficácia, são, então, rotulados e acondicionados conforme o tempo permitido e as condições de estocagem. A técnica da centrifugação é utilizada para: a) separar misturas miscíveis do tipo sólido-líquido; b) separar misturas homogêneas; c) acelerar o processo de sedimentação; d) acelerar a filtração a vácuo; e) separar substâncias gasosas que se encontram dissolvidas em líquidos. 02.03. (UFPE) – Associe as atividades diárias contidas na primeira coluna com as operações básicas de laboratório e fenômenos contidos na segunda coluna. 1) preparar um refresco de cajá a partir do suco concentrado 2) adoçar o leite 3) preparar chá de canela 4) usar naftalinana gaveta 5) coar a nata do leite ( ) sublimação ( ) diluição ( ) filtração ( ) extração ( ) dissolução Os números da segunda coluna, lidos de cima para baixo, são: a) 3, 2, 5, 4, 1 b) 1, 3, 4, 5, 2 c) 4, 3, 2, 1, 5 d) 3, 2, 4, 5, 1 e) 4, 1, 5, 3, 2 Aula 02 21Química 1E 02.04. (FUVEST – SP) – Para separar da melhor maneira possível os três componentes de uma mistura de areia com solução aquosa de sal, devemos: a) filtrar e destilar b) destilar e filtrar c) decantar e filtrar d) filtrar e decantar e) destilar e decantar 02.05. (PUCCAMP – SP) – A obtenção do álcool etílico hi- dratado, a partir da cana-de-açúcar, pode ser representada pelo esquema a seguir. Em I e IV, que envolvem processos de fracionamento, são realizadas, respectivamente, cana-de-açúcar garapa melaço mosto I. II. III. IV. Separação dos componentes mais voláteis Moagem Aquecimento Fermentação e separação do bagaço álcool hidratado vinhoto para concentrar o açúcar transformação do açúcar em álcool a) filtração e destilação. b) destilação e decantação. c) filtração e decantação. d) destilação e filtração. e) decantação e decantação. 02.06. (F. ZONA LESTE – SP) – Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, escolhendo, em seguida, a opção correspondente à numeração correta de cima para baixo. 1) oxigênio e nitrogênio 2) óleo e água 3) álcool e água 4) ferro e enxofre 5) ar e poeira ( ) destilação ( ) filtração ( ) separação magnética ( ) decantação ( ) liquefação a) 1 – 4 – 5 – 2 – 3 b) 1 – 5 – 4 – 3 – 2 c) 3 – 2 – 4 – 5 – 1 d) 3 – 5 – 4 – 2 – 1 e) 5 – 1 – 3 – 4 – 2 Aperfeiçoamento 02.07. (UFBA) – O diagrama abaixo representa a preparação de 250 mL de café pelo processo tradicional. Café (pó) Água (ℓ) (quente) Sistema C (ℓ) 250 mL Sistema B (ℓ) Operação (ℓ) Sistema A (s) Açúcar Adicionar Adicionar 300 mL 10 g Com base no diagrama e nos conhecimentos sobre as subs- tâncias envolvidas, pode-se afirmar: 01) O café é uma substância pura. 02) Durante a adição de água quente ao café em pó, ocorre uma extração. 04) A operação I é de filtração. 08) A operação I é classificada como um processo químico. 16) O sistema C é uma solução. 02.08. (UFPR) – Assinale as afirmativas corretas: 01) A água pura é uma substância simples. 02) A dissolução do açúcar em água representa uma trans- formação física. 04) O enegrecimento de um objeto de prata exposto ao ar representa uma transformação química. 08) Um sistema formado por gases pode ser homogêneo ou heterogêneo, dependendo da natureza dos gases. 16) O funil de decantação pode ser usado na separação de dois líquidos imiscíveis. 32) A separação dos componentes de uma mistura homogê- nea sólido-líquido pode ser efetuada por filtração comum. 64) Uma substância pura sempre apresenta pontos de fu- são e ebulição constantes. 22 Semiextensivo 02.09. (PUCRJ) – Dentro de um frasco, estão misturados pó de ferro, areia e sal de cozinha, todos finamente divididos. Baseado nas operações de: I. Filtração II. Centrifugação III. Solubilização em água IV. Separação magnética V. Decantação Indique a ordem de procedimentos que separará os três componentes desta mistura: a) I, II, III b) I, III, II c) IV, III, I d) IV, III, II e) III, I, V 02.10. (FTI – SP) – Dadas as informações: a) o clorofórmio é um líquido insolúvel na água; b) o álcool é solúvel no éter; c) o líquido sulfeto de carbono dissolve o enxofre e não dissolve o carvão; d) os gases metano e butano têm pontos de liquefação diferentes. Faça a associação seguinte, relativa à separação das respec- tivas misturas. 1) água + clorofórmio 2) álcool + éter 3) enxofre + sulfeto de carbono 4) enxofre + água 5) metano + butano 6) enxofre + carvão 7) ferro + carvão ( ) Destilação simples ( ) Dissolução fracionada ( ) Liquefação fracionada ( ) Separação magnética ( ) Separação pelo funil de decantação ( ) Filtração ( ) Destilação fracionada A sequência correta está na alternativa: a) 3 – 6 – 5 – 7 – 1 – 4 – 2 b) 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7 c) 7 – 6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1 d) 3 – 6 – 5 – 1 – 2 – 4 – 7 e) 5 – 6 – 3 – 7 – 4 – 1 – 2 02.11. (FESP – SP) – Em relação às substâncias puras e misturas, é correto afirmar: a) As substâncias puras apresentam composição química constante. b) As misturas azeotrópicas comportam-se como substân- cias puras em relação à fusão. c) Quando uma substância pura muda de estado físico, a temperatura permanece constante apenas no início do processo. d) Os constituintes de uma mistura homogênea podem ser separados apenas por decantação, seguida de uma centrifugação. e) As substâncias puras são sempre homogêneas, apre- sentam composição química constante e propriedades físicas peculiares. 02.12. (FEI – SP) – Associar os métodos (indicados na coluna A) que devem ser utilizados para separar as misturas (indicadas na coluna B): COLUNA A COLUNA B (1) filtração (I) solução aquosa de NaCℓ (2) decantação (II) solução aquosa de acetona (3) separação magnética (III) água e areia em suspensão (4) destilação simples (IV) óleo e água (5) destilação fracionada (V) ferro e enxofre a) 1 – IV; 2 – III; 3 – V; 4 – II; 5 – I b) 1 – III; 2 – IV; 3 – V; 4 – I; 5 – II c) 1 – I; 2 – V; 3 – III; 4 – II; 5 – IV d) 1 – Il; 2 – IV; 3 – III; 4 – V; 5 – I e) 1 – Ill; 2 – IV; 3 – V; 4 – II; 5 – I 02.13. Um aluno encontrou em um laboratório três frascos contendo três misturas binárias, conforme descrito a seguir. 1.a Mistura: heterogênea, formada por um sólido e um líquido. 2.a Mistura: heterogênea, formada por dois líquidos. 3.a Mistura: homogênea, formada por dois líquidos cujos pontos de ebulição diferem em 20°C. Marque a alternativa que indica os processos de separação mais adequados para recuperar as substâncias originais na 1.a, 2.a e 3.a misturas, respectivamente. a) filtração, decantação e destilação fracionada. b) evaporação, destilação simples e decantação. c) decantação, destilação simples e destilação fracionada. d) sublimação, decantação e destilação fracionada. e) decantação, filtração e decantação. Aula 02 23Química 1E Aprofundamento 02.14. (UFPR) – A observação dos fenômenos naturais leva- -nos à percepção de que as coisas não permanecem as mes- mas, estando em constante transformação. Tal concepção já era defendida por Heráclito, um filósofo grego do século V a.C., para quem tudo estaria em perpétua mudança. Essa concep- ção continua válida nos nossos dias, embora nem sempre seja fácil perceber as modificações que ocorrem em alguns sistemas; aprendemos, contudo, a representar os sistemas e as suas transformações. As figuras abaixo representam o mesmo sistema em momentos diferentes, não necessaria- mente na sequência cronológica. As esferas alaranjadas e azuis representam moléculas de duas substâncias diferentes. A fração B da figura II representa um líquido, e a C, um sólido. A B C D Figura I Figura II Figura III Figura IV Com base no texto e nas figuras, é correto afirmar: 01) A figura II representa uma mistura heterogênea, na qual as frações B e C representam substâncias puras. 02) A fração A da figura I e a fração D da figura IV representam misturas de mesma concentração. 04) A fase gasosa só não está representada na figura II. 08) A figura III representa um sistema constituído das fases sólida, líquida e gasosa. 16) A sequência cronológica das figuras é II I IV III, representando processos de dissolução e de evaporação. 02.15. (ENEM) – Seguem a seguir alguns trechos de uma matéria da revista “Superinteressante”, que descreve hábitos de um morador de Barcelona (Espanha), relacionando-os com o consumo de energia e efeitos sobre o ambiente. I. Apenas no banho matinal, por exemplo, um cidadão utiliza cerca de 50 litros de água, que depois terá que ser tratada. Além disso, a água é aquecida, consumindo 1,5 quilowatt-hora (cerca de 1,3 milhão de calorias), e para gerar essa energia foi preciso perturbar o ambiente de algumamaneira... II. Na hora de ir para o trabalho, o percurso médio dos moradores de Barcelona mostra que o carro libera 90 gramas do venenoso monóxido de carbono e 25 gramas de óxidos de nitrogênio... Ao mesmo tempo, o carro consome combustível equivalente a 8,9 kWh. III. Na hora de recolher o lixo doméstico... quase 1 kg por dia. Em cada quilo há aproximadamente 240 gramas de papel, papelão e embalagens; 80 gramas de plástico; 55 gramas de metal, 40 gramas de material biodegradável e 80 gramas de vidro. No trecho I, a matéria faz referência ao tratamento necessário à água resultante de um banho. As afirmações a seguir dizem respeito a tratamentos e destinos dessa água. Entre elas, a mais plausível é a de que a água: a) passa por peneiração, cloração, floculação, filtração e pós-cloração, e é canalizada para os rios. b) passa por cloração e destilação, sendo devolvida aos consumidores em condições adequadas para ser ingerida. c) é fervida e clorada em reservatórios, onde fica armazenada por algum tempo antes de retornar aos consumidores. d) passa por decantação, filtração, cloração e, em alguns casos, por fluoretação, retornando aos consumidores. e) não pode ser tratada devido à presença do sabão, por isso é canalizada e despejada em rios. 02.16. (MED. GB – RJ) – Tem-se uma mistura de cloreto de sódio e dióxido de silício. Pesou-se 5 g da mistura, adicionou-se 200 mL de água, agitou-se bem e filtrou-se. Em seguida lavou-se bem o recipiente que continha a mistura transferindo todo o seu conteúdo para o funil de filtração. Após lavagem e secagem, o resíduo, que ficou no papel de filtro, pesou 2,32 g. Qual a porcentagem de cloreto de sódio na mistura? a) 46,4% b) 53,6% c) 2,32% d) 2,68% e) 0,54% 24 Semiextensivo 02.17. Qual a soma das afirmações verdadeiras? 01) A liquefação é um processo físico e pode ser obtido pelo aumento da pressão sobre o sistema. 02) Na filtração, o que fica retido no filtro é chamado de retido, e o que atravessa o filtro é chamado de filtrado. 04) A água pode ser separada do petróleo por decantação. 08) O peneiramento é um bom processo para separar sóli- dos com granulometrias diferentes. 16) Um sistema monofásico é uma mistura homogênea. 32) A dissolução fracionada baseia-se na diferença de den- sidade entre os componentes da mistura. 64) A separação dos componentes de uma mistura homo- gênea líquido-líquido pode ser feita por decantação. 02.18. (UNIOESTE – PR) – A utilização de métodos de separação de misturas e de purificação de substâncias é de grande valia científica e tecnológica em vários campos da química e da engenharia. Em relação às misturas e aos seus métodos de separação, podemos afirmar que: 01) uma solução salina fisiológica é um exemplo de mistura homogênea. 02) o sal pode ser retirado da água do mar pela filtração simples. 04) uma mistura entre serragem e areia pode ser separada por flutuação. 08) a recristalização é o método mais adequado para a pu- rificação de gases. 16) as misturas podem ser classificadas em simples e com- postas. 32) uma mistura monofásica também é chamada de ho- mogênea. 64) o alumínio pode ser retirado de uma mistura com o uso de um ímã. 02.19. (COVEST – PE) – Um laboratório recebeu para análise uma amostra contendo uma mistura complexa. A amostra contém dois líquidos imiscíveis. Um dos líquidos é muito volátil e contém um sal dissolvido nele. O outro líquido, muito pouco volátil, também contém um sólido dissolvido. Este sólido é uma molécula diatômica homonuclear. Com base nestas informações podemos afirmar que: 01) os dois líquidos podem ser separados um do outro por simples decantação. 02) o líquido volátil pode ser separado do sal solúvel por destilação. 04) a amostra é um sistema heterogêneo com quatro fases. 08) o líquido volátil com o sal dissolvido constitui um sis- tema homogêneo 16) o sólido molecular é uma substância simples. 02.20. O diagrama a seguir ilustra as etapas de separação de uma mistura. ferveu entre 100°C e 101°C fundiu entre 30°C e 45°C Filtrado CSólido B fusão Fundiu a 70°C destilação filtração Material A Sólido D Líquido E fusão ebulição Pela análise do diagrama, todas as afirmativas estão corretas, exceto: a) O sólido B é uma substância pura. b) O filtrado C foi separado por destilação simples. c) O material A pode ser uma solução aquosa de cloreto de sódio. d) O líquido E é uma substância pura. e) O sólido D é uma mistura. Aula 02 25Química 1E 02.21. (UFPR) – Na solução de problemas, aplica-se uma série de procedimentos com o objetivo de se chegar a um resultado, de acordo com o esquema: Dados Processamento Resultados Considere o seguinte problema: “Separar os componentes de uma mistura constituída de areia, sal de cozinha e limalha de ferro”. Considere também os possíveis procedimentos que podem ser utilizados no processamento da mistura (dados): A = Adicionar água à mistura I = Utilizar um ímã F = Filtrar E = Evaporar D = Destilar S = Secar Que conjunto(s) de procedimentos indicados a seguir conduz(em) ao resultado desejado? 01) Mistura I Areia e sal A F Areia úmida S Areia Ferro Solução de sal E Sal 02) Mistura A F Sal e ferro úmidos S I Sal Solução de areia E Areia Ferro 04) Mistura A D Areia e ferro I Areia Solução de sal E Sal Ferro 08) Mistura A D I F Areia Ferro Sal 16) Mistura A F Areia e ferro úmidos S I Areia Solução de sal E Sal Ferro 26 Semiextensivo “Só peço a Deus que a morte não me encontre vazio e sem ter feito o suficiente.” León Gieco Discursivos 02.22. (UNICAMP – SP) – Uma mistura sólida é constituída de cloreto de prata (AgCℓ), cloreto de sódio (NaCℓ) e cloreto de chumbo (PbCℓ2). A solubilidade desses sais em água está resumida na tabela abaixo. Baseando-se nestes dados de solubili- dade, esquematize uma separação desses três sais que constituem a mistura. SAL ÁGUA FRIA ÁGUA QUENTE AgCℓ Insolúvel Insolúvel NaCℓ Solúvel Solúvel PbCℓ2 Insolúvel Solúvel 02.23. (UFPR) – Considere a mistura de areia fina, sal e limalha de ferro. Como você faria para separar as substâncias desta mistura? Descreva a sequência de etapas do processo de separação, as operações de separação e o material empregado. Gabarito 02.01. e 02.02. c 02.03. e 02.04. a 02.05. a 02.06. d 02.07. 22 (02, 04, 16) 02.08. 86 (02, 04, 16, 64) 02.09. c 02.10. a 02.11. a 02.12. b 02.13. a 02.14. 29 (01, 04, 08, 16) 02.15. d 02.16. b 02.17. 15 (01, 02, 04, 08) 02.18. 37 (01, 04, 32) 02.19. 27 (01, 02, 08, 16) 02.20. c 02.21. 17 (01, 16) 02.22. 1) Adicionar água fria: solubiliza o NaCℓ 2) Filtrar. Separa o NaCℓ(aq) da mistura sólida AgCℓ(s)+PbCℓ2(s) 3) Vaporizar a água: obtém-se o NaCℓ(s) 4) Adicionar água quente na mistura sólida: solubiliza o PbCℓ2 5) Filtrar. Separa o PbCℓ2(aq) do AgCℓ(s) 6) Vaporizar a água: obtém-se o PbCℓ2(s). 02.23. Água areia + sal + Fe Imantação Sal + Areia Fe Filtração Areia úmida Areia seca Água + Sal Dissolução fracionada Água Sal Destilação Secagem Explicações: o ferro é atraído pelo ímã, mas a areia e o sal não (sepa- ração magnética); o sal é hidrossolúvel, mas a areia não (extração); a água é bem mais volátil que o sal (destilação).
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