INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA QUÍMICA

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1 INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA QUÍMICA
Professor: Salinas

2 1. DEFINIÇÃO Ciência que estuda a matéria, sua composição, suas transformações e a energia envolvida nessas transformações.

3 2. CONCEITOS BÁSICOS E = m x c2 I- Matéria
Praticamente tudo o que podemos ver e sentir a nossa volta é classificado como matéria. A ausência total de matéria é o vácuo. A matéria tem massa e ocupa lugar no espaço. E = m x c2

4 Obs.: Massa é a grandeza física que mede quanto de matéria possui um corpo ou objeto. Ocupar lugar no espaço significa ter volume. Os diferentes tipos de matéria são comumente denominados materiais.

5 II-Corpo Uma porção limitada de um material qualquer, como um pedaço de madeira, uma placa de vidro ou um bloco de aço, é denominada corpo.

6 III-Objeto Quando um corpo possui um formato específico, que o torna útil para um determinado fim, como uma mesa de madeira, um copo de vidro ou uma engrenagem de aço, passa a ser denominado objeto.

7 IV- Energia A existência da matéria depende diretamente da existência de energia. A palavra energia deriva do grego enérgeia, que significa “força em ação”. Cientificamente, o conceito de energia está relacionado principalmente à realização de trabalho. Em princípio podemos dizer que: Energia é a grandeza que mede a capacidade de um sistema realizar trabalho.

8 3. SISTEMAS Sistema: Objeto de estudo.
Meio Ambiente: Envolve o sistema. Sistema Aberto: Troca matéria e energia com o meio ambiente. Sistema Fechado: Troca apenas energia com o meio ambiente. Sistema Isolado: Não troca matéria nem energia com o meio ambiente.

9 4-UNIDADES DE MEDIDA Na tentativa de padronizar os sistemas de unidades para uso internacional, os órgãos científicos, inclusive a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), que regulamenta as padronizações utilizadas na Química, oficializaram o uso do Sistema Internacional de Unidades (SI).

10 GRANDEZA FÍSICA UNIDADE BASE SÍMBOLO Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Temperatura Kelvin K Corrente Elétrica Ampere A SISTEMA COMPRIMENTO MASSA TEMPO CGS cm g s MKS m kg

11 a) Massa 1 t = 1000kg 1kg = 1000g 1g = 1000mg b) Volume 1m3 = 1000 L 1 L = 1dm3 1 L = mL 1 L = cm3 1 mL = 1 cm3 c) Temperatura Tk = Tºc + 273

12 Ex.: 1mm = 10-3 m 1µm = 10-6 m Obs.: Mili = 10-3 Micro = 10-6
Nano = 10-9 Pico = 10-12 Femto = 10-15 x1000 /1000 Ex.: 1mm = 10-3 m 1µm = 10-6 m

13 EXERCÍCIOS UFBA A concentração máxima permitida de chumbo no ar atmosférico sendo de 1,5 µg/m3 corresponde a uma concentração de 1, mg/L. Resolução 1,5µg/m3 → 1,5.10-3mg/103L → 1,5.10-6mg/L

14 O tubarão, devido a sua sensibilidade olfativa, sente uma gota de sangue em um milhão e meio de gotas de água, isso corresponde a uma concentração de 6,7.10-4mL/L, considerando o volume da gota igual a mL. Resolução 1gota / 1,5.106 gotas →6,7.10-4mL / L

15 5- A LINGUAGEM I- Átomo O átomo é a menor porção em que pode ser dividido um elemento químico, mantidas ainda suas propriedades físico-químicas mínimas. Até fins do século XIX, era considerado a menor porção em que se poderia dividir a matéria. Mas nas duas últimas décadas daquele século, as descobertas do próton e do elétron revelaram o equívoco dessa idéia.

16 II-MOLÉCULA Uma molécula é um conjunto de dois ou mais átomos unidos por pares compartilhados de elétrons (ligações covalentes) que se comportam como uma única partícula.

17 Obs.: 1-Substância Simples: H2 , O3 , N2 ... 2-Substância Composta: H2O, NH3, H2SO4 ...

18 6- MISTURAS a) Substância Pura: Formada exclusivamente por uma única substância. Ex.: água destilada b) Mistura: Formada por mais de uma substância. Ex.: água mineral

19 Obs.: 1-Fase: Porção com aspecto visual uniforme podendo ser contínuo ou não. 2-Mistura Homogênea (solução): Mistura que apresenta uma única fase. Ex.: água mineral, álcool hidratado, misturas gasosas. 3-Mistura Heterogênea: Mistura que apresenta mais de uma fase. EX.: granito (mica, quartzo e feldspato)

20 EXEMPLO MISTURA 03 COMPONENTES SIMPLES E COMPOSTA 11 ÁTOMOS
05 MOLÉCULAS

21 7- CLASIFICAÇÃO DOS SISTEMAS
a) Sistema Homogêneo Substância pura Mistura b) Sistema Heterogêneo Substância pura

22 EXERCÍCIOS 01.(UCSal.-Ba) Os termos substância simples, composto químico e mistura de substância se aplicam, respectivamente: a) à água, ao ar e ao cobre. b) ao cobre, à água e ao ar. c) ao ar, ao cobre à água. d) à água, ao cobre e ao ar. e) ao ar, à água e ao cobre.

23 02.(MACK-SP) Qual das misturas abaixo é um sistema homogêneo?
a) Água e óleo de milho. b) Oxigênio e nitrogênio. c) Água e gasolina. d) Álcool e areia. e) Água e serragem.

24 03. Assinale a alternativa correta.
a) Todo sistema homogêneo é uma substância pura. b) Toda substância pura é um sistema homogêneo. c) Toda mistura é um sistema heterogêneo. d) Todo sistema heterogêneo é uma mistura. e) Uma fase pode ser constituída de várias substâncias.

25 04. (UFRS) Em um balão existe um líquido transparente, inodoro e incolor. Pode-se afirmar, com certeza, que se trata de: a) uma substância pura. b) uma solução. c) um sistema homogêneo. d) uma mistura homogênea. e) uma solução onde sólidos e líquidos presentes estão completamente dissolvidos.

26 8- TRASNFORMAÇÕES OU FENÔMENOS
a) FÍSICA: Não altera a natureza da matéria. Ex.: Mudança de estado, dissolução etc. Obs.: pode ser reversível ou irreversível b) QUÍMICA: Altera a natureza da matéria. Ex.: Reações Químicas Obs.: pode ser exotérmica ou endotérmica

27 EXERCÍCIO 01. (UFRN) O que realmente assegura ser a combustão da gasolina um processo químico é: a) o aparecimento de gases. b) a liberação de energia térmica. c) a mudança de estado de agregação. d) a quebra e formação de ligações. e) o aumento do nível de poluição.

28 9-PROPRIEDADES DA MATÉRIA
O homem tem como alvo do seu crescimento intelectual, desvendar os segredos da natureza, assim como entender a composição da matéria. Para atingir este objetivo, ele desenvolveu técnicas de purificação e de análise.

29 As propriedades fundamentais da matéria são divididas em grupos:
- propriedades gerais; - propriedades funcionais; - propriedades específicas .

30 9.1. Propriedades gerais da matéria
As propriedades gerais da matéria representam o conjunto das características inerentes a qualquer tipo de matéria.

31 a) Extensão: toda matéria ocupa lugar no espaço
a) Extensão: toda matéria ocupa lugar no espaço. A medida deste espaço é o seu volume. b) Impenetrabilidade: "Dois corpos não podem ocupar, ao mesmo tempo, o mesmo lugar no espaço". Retirando o prego, observa-se que a madeira cedeu espaço pois os dois corpos, madeira e prego, não podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo.

32 c) Divisibilidade e indestrutibilidade: a matéria pode ser dividida em porções cada vez menores. Pelo fato de as propriedades do material serem mantidas após a divisão, podemos considerá-lo indestrutível.

33 d) Massa: é a porção de matéria que forma um corpo
d) Massa: é a porção de matéria que forma um corpo. A massa de um corpo é obtida por meio de balanças embora, na verdade, o valor obtido represente a força peso, e sua unidade no SI seja o quilograma (kg). e) Elasticidade: Capacidade do corpo de restaurar sua forma diante da deformação sofrida pela aplicação de uma dada força.

34 f) Porosidade ou descontinuidade: toda matéria é porosa ou descontínua
f) Porosidade ou descontinuidade: toda matéria é porosa ou descontínua. Por mais unidas que as partículas estejam, sempre haverá pequenos espaços entre elas. Esses espaços são chamados "poros" ou espaços intermoleculares.

35 g) Inércia: um corpo não pode modificar seu estado de movimento ou de repouso, exceto se sobre ele atuar alguma força externa. h) Compressibilidade e expansibilidade: Sob atuação de uma força uma porção de matéria sofrerá diminuição ou aumento de volume, pois ocorre a movimentação entre os espaços intermoleculares, dependendo do sentido da força.

36 9.2 Propriedades Funcionais
Referem-se às características químicas das substâncias, isto é, a forma como reagem ou se comportam. As substâncias inorgânicas, por exemplo, são agrupadas em quatro funções químicas principais: ácido, base ou hidróxido, sal e óxido.

37 9.3 Propriedades específicas da matéria
A natureza das substâncias é determinada por um conjunto específico de propriedades. São subdivididas em: físicas, organolépticas e químicas.

38 9.3.1. Propriedades Organolépticas
São propriedades que certas substâncias têm de impressionar nossos sentidos como: cor, sabor, odor e brilho. Propriedades Químicas São as propriedades que determinam o tipo de fenômeno químico (transformação) que cada material específico é capaz de sofrer.

39 Propriedades Físicas I-Calor específico: é a quantidade de calor necessária para aumentar de 1°C a temperatura de 1 grama de massa de uma substância. Para cada tipo de substância é necessário uma quantidade específica de calor. II-Dureza: é a resistência ao risco. Algumas substâncias podem ser menos resistentes ao risco que outras. Dizemos que o quartzo é mais duro que o aço e esse, é mais duro que o grafite.

40 III-Ductibilidade: é a propriedade apresentada por algumas substâncias de poderem ser transformadas em fios. Exemplo: fios de cobre. IV-Maleabilidade: é a propriedade que certas substâncias apresentam de poderem ser transformadas em lâminas. Exemplo: lâminas de ouro. V-Tenacidade: capacidade de resistir ao choque.

41 VI-Forma cristalina: é a propriedade de organização dos átomos, íons ou moléculas de uma substância em uma estrutura geométrica definida.

42 VII.Coeficiente de Solubilidade (CS)
Quantidade máxima de soluto numa dada quantidade de solvente, a uma dada temperatura e pressão. Ex.: 36g NaCℓ/ 100 g H2O A 20 ºC

43 CLASSIFICAÇÃO DAS SOLUÇÕES EM RELAÇÃO AO CS.
I-SOLUÇÃO INSATURADA Ex. Dissolver 30g de NaCℓ em 100 g H2O a 20 ºc II-SOLUÇÃO SATURADA Ex. Dissolver 36g de NaCℓ em 100 g H2O a 20 ºC III-SOLUÇÃO SUPERSATURADA Ex. Dissolver 36,5g de NaCℓ em 100 g H2O a 20 ºC CORPO DE FUNDO

44 CURVA DE SOLUBILIDADE

45 EXERCÍCIO 01.A 18°C a solubilidade de uma substância A é de 600 g/L H2O. Nessa temperatura 150 g de A foram misturados em 200 mL de água. O sistema obtido é homogêneo ou heterogêneo? Por quê? Resolução 600g L 150g x X=250 mL

46 d= mc vc VIII. Densidade e Massa Específica
A densidade (d) de um corpo é a razão entre a massa desse corpo e o correspondente volume ocupado por ele: d= mc vc Uma unidade usual para a densidade é g/cm3, mas no SI a unidade é kg/m3. m d v d

47 A massa específica (μ) de uma substância é a razão entre a massa de uma determinada quantidade da substância e o seu correspondente volume. μ= mc vs Quando calculamos a densidade de um corpo, não discriminamos o fato de ele ser oco ou maciço. Caso o corpo seja maciço, o volume do corpo coincide com o volume da substância que o constitui, e os dois conceitos podem ser usados sem distinção.

48 vc Vs

49 Influência da temperatura e da pressão
A) Temperatura  T d B) Pressão (gás)  P d Relação entre a densidade e o estado físico. ds > dL > dg Exceção: Ag, Bi, Fe, H2O

50 Ex.: água (1g/cm3) e álcool (0,8g/cm3)
Mistura de liquidos Ex.: água (1g/cm3) e álcool (0,8g/cm3) Álcool 0,8g/cm3 Água 1 g/cm3 Densidade da mistura

51 dc < dL dc = dL dc > dL Relação entre compostos diferentes
Obs.: as propriedades podem ser extensivas (dependem da massa) ou intensiva (não dependem da massa). dc < dL dc = dL dc > dL

52 EXERCÍCIOS 01. (Uerj ) Ao comprar uma barra de ouro, com 2 kg de massa, um investidor desconfiou haver também prata em sua composição. Para certificar-se, mergulhou a barra em um recipiente contendo água e verificou que o deslocamento da água correspondeu a um volume de 140 cm3. Sabendo que as massas específicas do ouro e da prata são, respectivamente, 20 g × cm-3 e 10 g × cm-3, o investidor pode concluir que há, na barra, uma massa em prata equivalente, em gramas, a: a) 600 b) 800 c) 1000 d) 1200 e) 1400

53 DBARRA=MBARRA / VBARRA
RESOLUÇÃO DBARRA=MBARRA / VBARRA DBARRA =(MAu+MAg) / (VAu+ VAg) 14,3 =(MAu+MAg) / (MAu/20 +MAg/10) MAu+MAg=2000g 14,3 =(2000) / ((MAu +2MAg )/20) 14,3MAu +28,6MAg =40000 14,3(2000-MAg) +28,6MAg =40000 ,3MAg + 28,6MAg =40000 14,3MAg =11400 MAg =798g

54 IX-Temperatura de Mudança de Estado
Toda espécie de matéria pode ser separada em pequenas partes que, unidas, formam um todo, qualquer que seja a fase de agregação. O grau de organização das partículas que formam a matéria varia desde muito organizado (fase sólida), passando por um grau de organização intermediário (fase líquida) até um alto grau de desorganização (fase gasosa).

55 O que determina o grau de organização das partículas da matéria é a energia cinética e potencial que elas possuem, que variam conforme a temperatura e a pressão atmosférica local. Quanto maior a energia cinética, maior a agitação das partículas. Essa agitação (movimento desorganizado) causa a colisão das partículas da matéria entre si e contra outros materiais que estejam ao redor; é o que chamamos agitação térmica.

56 Obs. Estado Físico da Matéria
1-Sólido Forças de repulsão Forças de coesão

57 Características -Força de coesão intensa; -Forma e Volume Definidos; -Possui Retículo Cristalino. Obs.: Sólido Amorfo

58 2-Líquido

59 Características -Força de coesão mais fraca; -Forma Indefinida e Volume Definido.

60 3-Gasoso

61 Características -Força de coesão de menor intensidade; -Forma e Volume Indefinidos.

62 Obs.: 4-Plasma 5-Condensado de Bose-Einstein 6-Condensado Fermiônico

63 TIPOS DE CALOR A) Sensível
É a quantidade de calor cedido ou absorvido por um corpo e acarreta uma variação de temperatura do corpo. B) Latente É a quantidade de calor cedido ou absorvido por um corpo e acarreta uma mudança de estado físico do corpo.

64 Gás X vapor O termo vapor é aplicado para uma substância que ocorre normalmente nos estados líquido ou sólido. Por exemplo, podemos ter vapores de água, álcool, iodo etc. O termo gás é aplicado para uma substância que ocorre normalmente no estado gasoso. Exemplos: CO2, O2, H2 etc.

65 CURVA DE AQUECIMENTO PARA SUBSTÂNCIA PURA
P=1atm 100°C 0°C -2°C Min

66 NOMENCLATURA DAS MUDANÇAS
Sublimação Obs.: A vaporização pode ser: calefação, ebulição e evaporação Sublimação, ressublimação ou sublimação inversa Fusão Vaporização SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO Solidificação Condensação (V/L) Liquefação (G/L)

67 INFLUÊNCIA DA PRESSÃO P T MAR

68

69 Diagrama de fases PONTO CRÍTICO 760 mmHg 700 mmHg 3 mmHg

70 Obs. Temperatura Crítica: é a temperatura acima da qual é impossível liquefazer o gás, por maior que seja a pressão exercida. Pressão Crítica: é a mínima pressão necessária para liquefazer uma substância gásosa na temperatura crítica. Se uma substância gasosa está acima de sua temperatura crítica, ela é denominada GÁS, e estando abaixo de sua temperatura crítica, é denominada VAPOR. Exemplo: A temperatura crítica do NH3 (g) (amoníaco) é de 132,4 °C.

71 PRESSÃO DE VAPOR Sistema Fechado Sistema Aberto
1 atm ↑ PRESSÃO DE VAPOR ↓TEMPERATURA DE EBULIÇÃO 0,5 atm 0,7 atm PV = PAMB → EBULIÇÃO

72 Mistura Aquecimento Obs. 1- TEB-MIST > TEB-PURA
2- TFUSÃO-MIST < TFUSÃO-PURA Aquecimento 100°C 0°C

73 Resfriamento

74 Misturas Especiais Eutética
Ex.: Uma liga metálica contendo 40% de cádmio e 60% de bismuto

75 Azeotrópica Ex: álcool hidratado com 4% de H2O

76 EXERCÍCIOS 01. A vantagem do uso da panela de pressão é a rapidez para o cozimento de alimentos e isto se deve: a) à pressão no seu interior, que é igual à pressão externa. b) à temperatura de seu interior, que está acima da temperatura de ebulição da água no local. c) à quantidade de calor adicional que é transferida à panela. d) à quantidade de vapor que está sendo liberada pela válvula. e) à espessura da sua parede, que é maior que a das panelas comuns.

77 02. Se, por economia, abaixarmos o fogo sob uma panela de pressão logo que se inicia a saída de vapor pela válvula, de forma simplesmente a manter a fervura, o tempo de cozimento: a) será maior, porque a panela "esfria". b) será menor, pois diminui a perda de água. c) será maior, pois a pressão diminui. d) será maior, pois a evaporação diminui. e) não será alterado, pois a temperatura não varia.

78 Ponto de ebulição (1atm)
03. Dada a tabela a seguir: São líquidos nas condições ambiente (25°C e 1 atm), as substâncias a) A, somente. b) B, somente. c) A e C. d) B e C. e) B, C e E. Substância Ponto de fusão (1 atm) Ponto de ebulição (1atm) A -180ºC -45 ºC B - 35 ºC 30 ºC C 10 ºC 120 ºC D - 60 ºC 15 ºC E 70 ºC 320 ºC

79 04-O gráfico a seguir representa duas experiências realizadas com a mesma substância. Assinale a opção correta. a) A massa empregada na experiência 1 é menor que a empregada na experiência 2. b) A massa empregada na experiência 1 é maior que a empregada na experiência 2. c) A pressão exercida durante a experiência 1 foi maior que a exercida durante a experiência 2. d) A pressão exercida durante a experiência 1 foi menor que a exercida durante a experiência 2. e) O gráfico está errado.