0. Módulo Inicial a) Materiais b) Soluções c) Elementos químicos

a) Materiais a.1) Qual a sua origem? Transformando física e quimicamente as matérias-primas é possível obter novos materiais, com novas propriedades, como os plásticos, os detergentes, os medicamentos, etc. Os materiais são, assim, subdivididos em duas categorias:

Sintético/Artificial Natural É o tipo de material encontrado em bruto na Natureza, como por exemplo o carvão, o petróleo, os minerais, a água, o ar, as rochas, a lã ou o algodão. Material Sintético/Artificial É o que resulta de transformações realizadas através de processos em que há intervenção humana.

Exemplos de materiais Naturais

Exemplos de materiais Sintéticos/Artificiais medicamentos

a.2) Qual a constituição e composição? Todos os materiais são formados por apenas uma substância ou mistura de substâncias. As misturas de substâncias podem ser classificadas conforme o seu aspecto é uniforme ou não uniforme. Exemplos de misturas de substâncias: ar, areia, sangue, aço, granito, manteiga, coca-cola.

Classificação das misturas de substâncias Homogénea Apresenta aspeto uniforme e não é possível distinguir, mesmo com um microscópio, os constituintes dessa mistura. Só tem uma fase. Exemplos: ar, aço e água de mesa. Heterogénea Apresenta aspeto não uniforme e é possível distinguir alguns ou todos os seus componentes da mistura a olho nu. Tem duas ou mais fases. Exemplos: areia, granito, coca-cola.

Coloidal Estas misturas apresentam um aspeto homogéneo a nível macroscópico, mas têm um aspecto não uniforme quando observadas ao microscópio, são portanto heterogéneas. Exemplos: leite, manteiga e sangue.

Unidades estruturais da matéria Átomo Partícula base de todas as substâncias e materiais. Formado por núcleo (com protões e neutrões) e pela nuvem eletrónica (eletrões). Molécula Os átomos podem associar-se (ligar-se) das mais variadas formas, formando uma infinidade de conjuntos diferentes. Ião Quando um átomo ganha ou perde eletrões o número de protões deixa de ser igual ao de eletrões, passando a ter carga.

Classificação das substâncias Elementares São substâncias que apresentam um só tipo de átomo, quer a sua unidade estrutural seja átomo ou molécula. Exemplos: unidade estrutural átomo – Fe, Al, Au, Ne, He; unidade estrutural molécula – O2, N2, P4, H2 . Compostas As unidades estruturais são moléculas e estas possuem, pelo menos, dois tipos diferentes de átomos. Exemplos: H2O, CO2, CH4, NH3.

Mistura de substâncias Materiais Mistura de substâncias Substância Elementar Composta Homogénea Heterogénea Coloidal Unidade estrutural: átomo ou molécula. Ex.: Ne, He, O2, N2, O3, P4 Unidade estrutural: iões ou molécula. Ex.: NaCl, KBr, H2O, NH3, C6H12O6, CO2 Ex.: Granito, areia, coca-cola. Ex.: Ar, aço, água potável, bronze. Ex.: Sangue, leite, nevoeiro.

Mudanças de estado físico Condensação Ponto de ebulição Vaporização Sublimação Solidificação Fusão Ponto de fusão

b) Soluções b.1) Quais e quantos componentes? Solução – É uma mistura homogénea de duas ou mais substâncias (solvente e soluto ou solutos) que constituem uma só fase. Solvente – É o componente da mistura que satisfaz, pela ordem indicada, uma das seguintes condições: ter o mesmo estado físico da solução; maior quantidade de substância; o mais volátil.

b.2) Composição quantitativa de soluções Soluto – É o componente da mistura que satisfaz, pela ordem indicada, uma das seguintes condições: não ter inicialmente o mesmo estado físico da solução; ter menor quantidade de substância do que o solvente. b.2) Composição quantitativa de soluções A composição quantitativa de uma solução traduz as proporções dos constituintes que fazem parte dessa solução e pode ser expressa por relações diversas como a concentração mássica.

Concentração mássica m c = V Massa de soluto Concentração mássica Volume de solução A unidade SI (Sistema Internacional) de massa é o quilograma (kg) e de volume é o metro cúbico (m3). Logo, a unidade SI de concentração mássica será kg/m3. No entanto, a unidade mais utilizada é o g/dm3, que é equivalente a g/L.

Exercícios: 1 - Considera uma solução de cloreto de sódio 2,082 g deste sal em 250 cm3 de solução. Calcula a concentração em g/dm3. Solução: 8,33 g/dm3 2 - Ex. 0.21 do Manual pág. 45

c) Elementos químicos c.1) O que são? O modelo atómico atual considera que o átomo é constituído por: Núcleo atómico – zona mais central do átomo formado por dois tipos de partículas: protões (carga eléctrica positiva) neutrões (sem carga eléctrica) Sensivelmente a mesma massa Nuvem electrónica – zona fora do núcleo, ocupando um espaço muito maior do que o núcleo, onde se movem os electrões. Partículas com carga eléctrica negativa e com massa muito inferior à dos neutrões e protões.

Tamanho das diferentes partículas Repare que o núcleo ocupa, apenas, 1/10.000 do tamanho total do átomo. Se um átomo ocupasse 10.000 m (10 km), o núcleo teria, apenas, 1 m. Num átomo “quase tudo é espaço vazio”.

c.2) Como se caracterizam os átomos dos diferentes elementos Número atómico (Z) Cada elemento tem o seu próprio número atómico (valor inteiro) que é igual ao número de protões. Átomos de elementos diferentes têm, obrigatoriamente, número atómico diferente. Num átomo o número de protões é igual ao número de eletrões.

Número de massa (A) Cada átomo de um elemento tem o seu próprio número de massa que indica o número total de nucleões (protões e neutrões). O mesmo elemento pode apresentar átomos diferentes (no número de massa), pois podem ter número de neutrões diferentes (isótopos). Número de massa (n+p) X A Z Símbolo do elemento químico Número atómico (p)

Ca O Exemplos: Cálcio 40 20 40 20 20 - = 20 20 Oxigénio 16 8 2- 2 2- 8 Elemento: N.º de protões: N.º de neutrões: N.º de eletrões: Cálcio Ca 40 20 40 20 20 - = 20 20 Elemento: N.º de protões: N.º de neutrões: N.º de eletrões: Oxigénio O 16 8 2- 2 2- 8 8 8 + = 10 Nota: significa que este anião tem mais 2 electrões do que protões. A carga de um ião é o “saldo” global entre cargas + (protões) e cargas – (electrões).

H H H c.3) O que são isótopos 1 2 1 3 1 Existem átomos do mesmo elemento químico (mesmo Z) que apresentam diferentes números de massa por terem diferentes números de neutrões. Estes átomos são designados por isótopos (iso = o mesmo ; topo = lugar ; isótopo = o mesmo lugar na T.P.) A maioria dos elementos químicos apresenta isótopos. Exemplos de isótopos: H 1 H 2 1 H 3 1 prótio (H) deutério (D) trítio (T)

c.4) Massa atómica relativa (Ar) A massa de um átomo é quase toda devida aos nucleões. As massas de protões e neutrões são idênticas e muito pequenas (  1,7 x 10-27 kg). Logo, as massas dos átomos, em quilogramas, são valores muito pequenos. Como não é prático o uso do quilograma como unidade de massa para átomos , arranjou-se outro termo de comparação. Massa atómica relativa (Ar) – Indica o número de vezes que a massa de um átomo é maior do que a massa-padrão.

Massa-padrão - Atualmente o padrão de referência corresponde a 1/12 da massa do átomo de carbono-12 (12C). No passado esta comparação já foi feita com o átomo de hidrogénio. A Massa atómica relativa, valor que pode ser retirado da T.P., é uma média “pesada ou ponderada” das massas isotópicas relativas dos isótopos desse elemento. Li 6 3 Exemplo: Ar( ) = 6,051; Abundância relativa = 7,98 % Ar( ) = 7,016; Abundância relativa = 92,02 % Li 7 3 Ar (lítio) = 6,051 x 7,98 + 7,016 x 92,02 = 6,939 100

c.5) Massa molecular relativa (Mr) Conhecidas as massas atómicas relativas dos átomos que constituem a molécula, é possível determinar a massa molecular relativa (Mr). Exemplo: Calcular Mr do ácido sulfúrico, H2SO4, considerando as seguintes massas atómicas relativas: Ar(H) = 1,00; Ar(O) = 16,0; Ar(S)= 32,1 Resolução: Mr(H2SO4) = 2 x 1,00 + 32,1 + 4 x 16,0 = 98,1

c.6) Organização dos elementos Os elementos químicos atualmente conhecidos estão organizados numa tabela, Tabela Periódica, dispostos pela ordem do número atómico correspondente.

Período - Conjunto de elementos dispostos na mesma linha horizontal Período - Conjunto de elementos dispostos na mesma linha horizontal. Ao longo do período o número atómico aumenta e as propriedades dos elementos variam regular e continuamente (a T.P. tem 7 períodos). Grupo – Conjunto de elementos dispostos na mesma linha vertical ou coluna. Estes elementos apresentam comportamento químico e propriedades semelhantes (a T.P. tem 18 grupos).

c.7) Representação das substâncias Todas as substâncias são representadas simbolicamente por fórmulas químicas. Nas fórmulas, além dos símbolos dos elementos, figuram índices numéricos que traduzem o número de átomos de cada elemento que constitui a unidade estrutural da substância representada. Nomenclatura dos compostos inorgânicos Na escrita das fórmulas dos compostos iónicos, coloca-se primeiro o símbolo ou fórmula do catião e depois o símbolo ou fórmula do anião, com índices tais que a soma das cargas elétricas (que não se escrevem) seja nula.

Exemplo: Al3+ Al(HO)3 HO- HO- HO- +3 -3 = 0 = 0 Na escrita do nome do composto começa-se do anião, HO- (hidróxido), para o catião, Al3+ (alumínio). Ficando, neste caso, hidróxido de alumínio.