Substâncias e Misturas

Apresentação em tema: "Substâncias e Misturas"— Transcrição da apresentação:

1 Substâncias e Misturas
Professora MsC Rossana Soares

2 Transformações Físicas e Químicas:
Aspectos observados diante de transformações ou reações químicas: - A liberação de gases; - Alteração na coloração; - Mudança de energia térmica (reações exotérmicas e endotérmicas); - Formação de precipitado. Exemplos de reações químicas: - Queima (combustão) de madeira, álcool, querosene. - Fermentação da massa do pão. - Aparecimento do ferrugem em alguns metais

3 A característica fundamental das reações químicas é o seguinte processo:
Estado inicial → reação → Estado Final Reagente Produto

4 Aspectos observados diante de transformações físicas:
Nas transformações físicas, as substâncias mudam apenas seu estado de agregação. As mudanças de estado: - Sólido → Líquido: Fusão. - Líquido → Gasoso: Vaporização ou Ebulição. - Gasoso → Líquido: Condensação ou Liquefação. - Líquido → Sólido: Solidificação. - Sólido → Gasoso: Sublimação. - Gasoso → Sólido: Sublimação.

5 Substâncias Puras e Misturas:
Diferenciamos uma mistura de uma substância pura normalmente através de suas constantes físicas, tais como: ponto de ebulição (PE), ponto de fusão (PF), densidade (d) e solubilidade (solub). As substâncias puras mantêm suas constantes durante as mudanças de estado, diferentemente das misturas.

6 Exemplo: Água pura: - PE = 100ºC; PF = 0ºC; d = 1g/cm3.
Água e sal de cozinha (NaCl): não apresentam constantes. Álcool Puro: PE = 78,5ºC; PF = -177ºC; d = 0,79g/cm3. Álcool e Água: não apresentam constantes.

7 Obs.: Existem misturas que mantêm o ponto de fusão constante (mistura eutética) ou o ponto de ebulição constante (mistura azeotrópica). Para facilitar o entendimento verifique os gráficos a seguir.

8 Gráfico da Mistura Azeotrópica: (líquido + líquido)
1- Linha Vermelha: A mistura encontra-se no estado sólido e vai aumentando a temperatura. 2- Linha Azul: A mistura encontra-se no estado sólido e líquido, mantendo a temperatura constante durante tal mudança de estado (fusão). 3- Linha Verde: A mistura encontra-se no estado líquido e vai aumentando a temperatura. 4- Linha Marrom: A mistura encontra-se no estado líquido e vapor, não mantendo a temperatura constante durante a vaporização. 5- Linha Cinza: A mistura encontra-se no estado de vapor (gás) e vai aumentando a temperatura.

9 Gráfico da Mistura Eutética: (sólido + sólido)
1- Linha Vermelha: A mistura encontra-se no estado sólido e vai aumentando a temperatura. 2- Linha Azul: A mistura encontra-se no estado sólido e líquido, mantendo a temperatura constante durante tal mudança de estado (fusão). 3- Linha Verde: A mistura encontra-se no estado líquido e vai aumentando a temperatura. 4- Linha Marrom: A mistura encontra-se no estado líquido e vapor, não mantendo a temperatura constante durante a vaporização. 5- Linha Cinza: A mistura encontra-se no estado de vapor (gás) e vai aumentando a temperatura.

10 Substâncias simples e compostas:
» Substâncias Simples são aquelas formadas por um único tipo de elemento químico. Exemplos: H2, O2, O3, Cl2, P4. » Substâncias Compostas são aquelas formadas por mais de um tipo de elemento químico. Exemplos: NaCl, H2O, Ca2SO4, HCl, H3PO4.

11 Alotropia: Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico forma substâncias simples diferentes. Estes elementos podem ser Oxigênio (O), Enxofre (S), Carbono (C) ou Fósforo (P). O oxigênio possui os seguintes alótropos: O2 > Gás Oxigênio: É inodoro, incolor e essencial a respiração O3 > Gás Ozônio: Tem cheiro característico e é levemente azulado. É o gás formador da e estratofera e impede que os raios ultravioleta atinjam a superfície terrestre.

12 O Carbono possui três formas alotrópicas:
C grafite > é o que você usa em seu lápis. C diamante > Diamante. C fulereno ou C futeboleno : Esta forma alotrópica é tão difícil de ser encontrada, que seu preço é maior que o preço do diamante. O Fóforo possui os seguintes alótropos: Pn > Fósforo vermelho: Atomicidade indeterminada; P4 > Fósforo branco.

13 Tipos de misturas: As misturas podem ser Homogênea ou Heterogênea.
São classificadas de acordo com com o número de fases. Fases são os aspectos que podemos observar ou não numa mistura.

14 Misturas Homogêneas ou Soluções:
São aquelas que possuem uma única fase. Exemplos: » Água + Álcool » Água + Sal de cozinha; » Oxigênio + Nitrogênio + Cloro. Obs: Toda mistura gasosa é homogênea.

15 Misturas Heterogêneas:
São aquelas que possuem mais de uma fase. Exemplos: » Água + Gelo. Obs: Percebemos que água e gelo é a mesma substância, sendo que observamos claramente a água líquida e a água sólida no sistema, portanto é uma mistura heterogênea. » Água + Areia. » Água + Óleo.

16 Lei da conservação das massas ou Lei de Lavoisier
A lei de Lavoisier refere-se à conservação de matéria durante uma transformação física ou química. Mas, antes de enunciá-la, observe o exemplo: A síntese de amônia utilizada atualmente só foi possível ser obtida através das contribuições de Fritz Haber e Carl Bosch. Esta consiste na reação de hidrogênio (H2) e nitrogênio (N2) gasosos sob altíssima pressão (cerca de 200 vezes a pressão atmosférica) e temperatura (em torno de 500 °C): N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g) ∆H = – 92 kJ

17 N2(g) + 3 H2(g) ↔ 2 NH3(g) ∆H = – 92 kJ
A relação molar dessa reação é 1:3:2. Assim, 1 mol de nitrogênio reage com 3 mol de hidrogênio gerando 2 mol de amônia. Sendo a massa molar do nitrogênio igual a 28 g/mol, do hidrogênio 2 g/mol, e da amônia 17 g/mol, pode-se estabelecer uma relação entre as massas dos reagentes e do produto: 28 gramas de N2 + 6 gramas de H2 ↔ 34 gramas de NH3 Assim, a cada reação de síntese são formados 34 gramas de amônia e, como a reação é reversível, cada reação de decomposição forma 28 gramas de nitrogênio e 6 gramas de hidrogênio. Sendo também o total de 34 gramas de produto.

18 Portanto, assim fica enunciada a lei de Lavoisier:
“Ao término de uma reação química, a massa total inicial dos reagentes é igual a massa total final dos produtos. Ou em outras palavras, a massa é conservada quaisquer que sejam as modificações químicas e/ou físicas que a matéria sofra: na natureza, nada se cria e nada se perde. Tudo se transforma.”

19 Apesar dessa lei ser convenientemente aplicada em sistemas fechados (sem interferência do meio externo), uma possível falha estaria presente se tratando de sistemas abertos: quando uma barra de ferro é exposta ao ambiente atmosférico úmido, após algum tempo, ocorre a corrosão do mesmo. Entretanto, ao invés de estar com mesma massa, está mais pesado.

20 Vale lembrar que o ferro, ao entrar em contato com ambiente atmosférico úmido (reagindo com a água em estado de vapor e oxigênio gasoso), forma depósitos de ferrugem na superfície metálica: Fe(s) → Fe2+ + 2e- (oxidação do ferro) O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- (redução do oxigênio) 2Fe + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)2 (equação geral da formação da ferrugem)

21 Sendo assim, de cada 56 gramas de ferro que entram em processo de corrosão (reação com a água e o oxigênio) 90 gramas de hidróxido ferroso são produzidos. Portanto, a lei de Lavoisier continua válida mesmo em ambientes abertos ou em situações em que pelo menos um dos reagentes não é controlado.

22 As reações de redução-oxidação (também conhecido como reação redox)
São as reações de transferência de eletrons. Esta transferência se produz entre um conjunto de espécies químicas, um oxidante e um redutor (uma forma reduzida e uma forma oxidada respectivamente).

23 Reações Redox Para que exista uma reação redox, no sistema deve haver uma espécie que ceda elétrons e outra espécie que as aceite: O Redutor é aquela espécie química que tende a ceder elétrons do meio, ficando com uma carga positiva maior a que tinha. O Oxidante é a espécie que tende a captar esses elétrons, ficando com carga positiva menor a que tinha.

24 Quando uma espécie química redutora cede elétrons ao meio se converte em uma espécie oxidada, e a relação que guarda com seu precursor fica estabelecida mediante o que se chama um par redox. Analogamente, se diz que quando uma espécie capta elétrons do meio se converte em uma espécie reduzida, e igualmente forma um par redox com seu precursor reduzido.

25 Oxidação - definição antiga ou clássica
Antigamente, o termo oxidação significava combinar-se com o oxigênio. Quando adquiriu-se o conhecimento da estrutura dos átomos verificou-se que, quando um elemento ou uma substância combinava-se com o oxigênio, esta espécie química perdia elétrons.

26 Definição atual: Modernamente o termo oxidação significa perder elétrons, não necessariamente em presença de oxigênio. Quando um elemento perde elétrons o seu estado de oxidação aumenta. Exemplo: Al0 → Al e-

27 Reação pilha de Daniell
Na reação que ocorre na pilha de Daniell: Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu O Zn perdeu 2 elétrons, aumentando o seu número de oxidação de 0 para +2 sofrendo, portanto, o fenômeno da oxidação.

28 O reagente responsável pela oxidação é denominado agente oxidante ou simplesmente oxidação (embora ele mesmo se reduza) que, no caso, é o CuSO4. O ganho de elétrons por uma espécie química é denominado redução. Nas pilhas existem dois elétrodos. O elétrodo onde ocorre a oxidação é chamado de ânodo e o eletrodo onde ocorre a redução é chamado de cátodo.

29 Redução - Conceito atual
Pelo conceito moderno, redução significa ganho de elétrons. Em outras palavras, a diminuição algébrica da carga formal ou do número de oxidação - Nox. Exemplo: Seja a semirreação: Ag+ + e– Ag0 O Nox variou de: Ag1+ Ag0 (1+ 0 )

30 Agente Oxidante É a espécie reagente que sofre redução (ganha elétrons). Ao ganhar elétrons, esta espécie promove a perda de elétrons (oxidação) de outra espécie, agindo assim, como um agente oxidante. Exemplo de agente oxidante: A espécie Ag+ é o agente oxidante na seguinte reação de simples troca: Cu(s) + 2AgNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + 2Ag(s)

31 Números de oxidação: Durante o processo de oxidação o número de oxidação da espécie que se oxida, aumenta. Por outro lado, durante a redução, o número de oxidação da espécie que se reduz, diminui. O número de oxidação é um número inteiro que representa o número de elétrons que um átomo põe em jogo quando forma um composto determinado.