MANUAL COMPACTO DE
QUÍMICA – Editora Rideel
Autores:
Carminella Scarpellini e Vinícius Barbosa Andreatta. 2011.
Capítulo 01. Introdução
à química
Química é uma ciência que
trata dos mais diversos tipos de materiais e de todo um amplo número de
transformações a que esses materiais podem estar sujeitos.
Ciência vem do Latim “scientia”, que significa conhecimento.
Método científico é uma forma de
conhecer o mundo a partir de um trabalho organizado em: observação, coleta de
dados, formulação de hipóteses, identificação de padrões de comportamento que
resultarão na formalização de leis.
Teoria é uma explicação
formal e comprovada de uma lei.
Hipóteses são possíveis
explicações
Experimentos são métodos para
testar uma hipótese.
SAIBA MAIS: Alfred Bernhard
Nobel, químico sueco, inventor da dinamite (mistura de TNT com um tipo de
argila) deixou uma fortuna de US$ 6 milhões de dólares cujos juros anuais são
até hoje divididos entre aqueles que se destacam e prestam bons serviços à
comunidade. Trata-se do famoso prêmio Nobel, criado em 1901. O ganhador recebe
medalha, diploma e US$ 950 mil.
Universo é a união de matéria
e energia
Matéria é aquilo que tem
massa e volume.
Energia é uma outra
propriedade do universo.
Corpo é uma porção
limitada de matéria. Um corpo é composto de substância. A substância, de
moléculas. As moléculas, de átomos.
SAIBA MAIS: gás sofre liquefação somente se ocorrer
diminuição da temperatura, variando-se ou não a pressão e vapor sofre condensação e se transforma em líquido apenas por
elevação da pressão.
Sólido: forma e volume
fixos, apresenta pouco espaço intermolecular, e as forças de interação entre as
espécies (moléculas, átomos ou íons) são relativamente intensas.
Líquido: forma
(cientificamente comprovada como), esférica, superfície sempre definida e
volume constante, apresenta pouco espaço intermolecular, e as forças de
interação entre as espécies (moléculas, átomos ou íons) é menos intensa.
Gasoso: forma e volume
semelhante ao recipiente continente, e as forças de interação entre as espécies
(moléculas, átomos ou íons) é pouca.
Mudança de estado
físico da matéria depende
da variação de pressão e temperatura.
Fusão: sólido para
líquido
Sublimação: sólido para
gasoso
Solidificação: líquido para
sólido
Vaporização: líquido para
gasoso
Liquefação: gás para líquido
Condensação: vapor para
líquido
Vaporização pode ocorrer por evaporação (processo lento à
temperatura ambiente sem bolhas ou turbulência), ebulição (processo em temperatura específica, turbulento e
formador de bolhas) e calefação
(quando lançado contra uma superfície quente, parte do líquido sofre
vaporização).
........................................................
Capítulo 02.
Propriedades da Matéria
Propriedades
caracterizam uma substância ou amostra
Propriedades
físicas extensivas
referem-se à quantidade de material presente (massa e volume)
Propriedades
físicas intensivas
não dependem de quantidade (cor, odor, sabor, densidade, maleabilidade,
ductibilidade, ponto de fusão, ponto de ebulição etc).
Propriedades
gerais
referem-se a parâmetros inerentes a qualquer tipo de matéria (massa, volume,
inércia, impenetrabilidade, porosidade, divisibilidade, compressibilidade).
Propriedades
específicas
caracterizam a natureza de um corpo ou de uma amostra (organolépticas, químicas
ou físicas).
Propriedades
organolépticas
impressionam os sentidos (cor, sabor, odor, brilho) [TEXTURA].
Propriedades
químicas
dizem respeito à capacidade de um material transformar-se em outro.
Propriedades
físicas
dizem respeito a características mensuráveis (cor, estado da matéria, ponto de
fusão, ponto de ebulição, densidade, solubilidade, ductilidade, maleabilidade,
viscosidade, condutividade elétrica, dureza etc).
Impenetrabilidade: dois corpos não
podem ocupar o mesmo lugar ao mesmo tempo no espaço.
Compressibilidade: capacidade de um
corpo sofrer diminuição de volume ao aplicarmos sobre ele uma determinada
força.
Dureza: resistência ao
risco.
Ductilidade: capacidade de um
algo ser transformado em fios.
Maleabilidade: capacidade de
algumas substâncias serem transformadas em lâminas.
Substância é quimicamente composta
de matéria pura e única.
Mistura é algo composto
de mais de um elemento.
Substância pura apresenta ponto
de fusão/ebulição definido.
Mistura é um sistema
composto por mais de uma espécie química com ponto de fusão e ponto de ebulição
ocorrem em um intervalo de temperatura e não sob temperatura constante. Mais
comumente, as misturas não apresentam ponto de fusão ou de ebulição constantes.
Mistura
azeotrópica
apresenta ponto de ebulição, mas a fusão ocorre em um intervalo de
temperatura. É muito comum entre líquidos.
Mistura eutética apresenta ponto
de fusão, mas a ebulição ocorre em um intervalo de temperatura. É
muito comum em ligas metálicas.
Classificação das
misturas:
heterogêneas (possuem duas ou mais fases) e homogêneas (uma única
fase). Usualmente mistura homogênea é associada com substância pura. Substância
pura em mudança de estado físico é classificada como heterogênea.
Sistema homogêneo: não exibe
superfície de separação, isto é, apresenta uma única fase.
Sistema
heterogêneo:
exibe superfícies de separação, ou seja, apresenta duas ou mais fases.
Sistema fechado: não há perca ou
ganho de matéria
Fase: porções
distintas de um sistema
Componentes: cada uma das
substâncias presentes em um sistema.
EXEMPLO:
a mistura de álcool, água e óleo apresenta duas fases e três substâncias.
Substâncias
simples
ou elementares são constituídas por apenas um átomo.
Substâncias
compostas
são compostas por mais de um tipo de átomo e pode ser decomposta em mais de um
tipo de átomo.
Água
solidifica (sofre fusão) a 00 C e se condensa (sofre condensação) a
1000 C.
................................................................
Mecanismos para
identificar misturas
Densidade: d = m /
v
A
unidade de densidade do Sistema
Internacional é o kg/m3.
Frequentemente é utilizado o g / cm3 ou g / ml.
1,0
L = 1,0 dm3 = 1,0 . 10 -3 m3
O
volume e a densidade de uma substância dependem da temperatura
1,0 g . cm-3
= 1,0 g ml-1 = 1,0 . 103 kg . m-3
1,0 kg . m-3
= 1,0 kg . L-1
|
Material
|
Valores
médios (g . cm-3)
|
|
Ar (200C e 1,0 atm)
|
0,0012
|
|
Água (40C e 1,0 atm)
|
1,00
|
|
Álcool etílico
|
0,79
|
|
Chumbo
|
11,30
|
|
Cortiça
|
0,22
|
|
Ferro
|
7,85
|
|
Gasolina
|
0,70
|
|
Mercúrio
|
13,60
|
|
Óleo
|
0,80
|
|
Ouro
|
19,30
|
|
Prata
|
10,50
|
Densidade é um termo de
caráter geral aplicado a um corpo maciço ou não, ligas metálicas, misturas e
outros.
Massa específica é um termo
reservado às substâncias puras
Exercícios:
01. Classifique os
sistemas como homogêneo ou heterogêneo:
|
Mistura
|
Fases
|
Classificação
|
|
Ar
|
01
|
|
|
Água e areia
|
02
|
|
|
Água, areia e serragem
|
03
|
|
|
Café (bebida)
|
01
|
|
|
Água líquida e gelo
|
02
|
|
02. A gasolina
aquecida à pressão de 1atm (pressão normal ao nível do mar), começa a ferver a
400c e continua fervendo até por volta de 2000C. Já a água destilada
ferve à temperatura constante de 1000C. Essa diferença acontece
porque a gasolina é uma __ __ s_ __ __ __ __ de hidrocarbonetos enquanto
que a água é uma substância __ __ r_ __.
03. As paredes
externas de um copo de vidro sem nenhuma falha estrutural quando preenchido com
água gelada em seu interior ficam repletas de minúsculas gotas de água porque a
diferença de temperatura faz com que o vapor de água ao redor do copo sofre uma
mudança de estado físico da matéria chamada __ __ __ d _ __ s_ __
__ ã_ _.
04. Uma amostra de
água é retirada de um congelador a -200C e colocada em um forno a
1500C a uma pressão ambiente de 1atm. A t e_ _ __ __ r a t__
__r a da amostra varia com o tempo. A primeira transformação do
estado físico da matéria é a passagem do sólido para o líquido. A segunda é passagem
do líquido para o gasoso.
05. Para determinar
a densidade de um pedaço de metal com formato complicado os raciocínios e os
cálculos envolvem dois momentos: primeiro a determinação da m __ s
__a do objeto ao ser pesado, depois a determinação do v _
l _ m _ pela imersão do objeto em um líquido depositado em um recipiente
graduado. A diferença entre o volume inicial do líquido contido no recipiente e
o volume final do líquido corresponde ao volume do corpo do objeto. O quociente
da divisão entre massa e volume corresponde à d _ n _ i _ a
_ e do objeto.
.................................................
Exercícios
01. Uma caixa de
sabão em pó possui a indicação de 600 gramas e enche seis copos de 200 ml. Uma
segunda caixa, apesar de indicar a mesma quantidade, enche apenas 5 copos de
200 ml.
|
Amostra
|
Volume (ml)
|
Massa(g)
|
Densidade (m/v)
|
|
Sabão
A
|
6
x 200 = _______
|
600
g
|
600g
/ ____ = ___
|
|
Sabão
B
|
5
x 200 = _______
|
600
g
|
600g
/ ____ = ___
|
O
sabão que apresenta maior densidade é o sabão ___. Entretanto o sabão mais
vantajoso, porque rende mais porções iguais de 200 ml é _____________.
02. O petróleo
flutua na água porque é menos (__) que a água.
(a)
grosso (b) maneiro (c) denso
(d) forte
03. Em relação à
densidade, é incorreto afirmar que o alumínio é um metal leve e que o mercúrio
é um líquido pesado já que estas classificações se referem à m _ s
_ a dos materiais. Em termos de densidade, o alumínio é menos denso que
o mercúrio.
04. Um cubo de
pau-brasil com 2,0 cm de aresta e 3,5 g flutua em água porque é menos denso que
esta.
|
Volume (cm3)
|
Massa(g)
|
Densidade (m/v)
|
|
2
x 2 x 2 = _______
|
3,5
|
3,5
g / ____ = ___
|
05. Os pulmões
bombeiam, em média, 11.500 L de ar por dia. A densidade do ar é de 1,2 g / L. O
valor da massa de ar que participa desse fenômeno é (__):
(a)
13.000 g (b) 10.000 (c) 13.800 (d) 10.300
06. Três frascos de
vidro transparentes e fechados estão com a mesma quantidade de massa de três
líquidos incolores que não preenchem totalmente os frascos. O volume para massas
constantes é inversamente proporcional à d _n _ i _ a
_ e.
|
Líquido
|
Densidade
|
Volume
|
|
Etanol
|
0,8
g/cm3
|
Menor
|
|
Água
|
1,0
g/cm3
|
Médio
|
|
Clorifórmio
|
1,4
g/cm3
|
Maior
|
07. Três frascos não
rotulados contém três líquidos. benzeno (0,87 g/cm3), tetracloreto
de carbono (1,59 g/cm3) e metanol (0,79 g/cm3).
Misturando água aos líquidos é possível identificar cada um pela diferença de
densidade que afeta o comportamento das misturas. O metanol é solúvel em água
por isso forma um sistema monofásico. Os outros dois elementos formam sistemas
bifásicos, pois o benzeno é menos d
__n __o que a agua, por isso fica na parte superior da
mistura. O tetracloreto é mais denso, assim afunda.
08. Determine o
elemento mais denso:
|
Elemento
|
Volume (cm3)
|
Massa(g)
|
Densidade (m/v)
|
|
Sal
|
3
|
6,48
|
|
|
Açúcar
|
5
|
7,95
|
|
09.
Uma barra de chumbo é fracionada em três pedaços de tamanhos diferentes. Cada
pedaço apresenta a mesma densidade porque esta é uma propriedade i n _ e _ s _ v a.
...............................
MANUAL COMPACTO DE
QUÍMICA – Editora Rideel
Autores:
Carminella Scarpellini e Vinícius Barbosa Andreatta. 2011.
Exercícios
01. Três polímeros
limpos e moídos estão misturados.
|
Polímero
|
Densidade
|
|
PE
(Polietileno)
|
0,91 g/cm3 ˂ d ˂ 0,98 g/cm3
|
|
PVC
(Policloreto de vinila)
|
1,35 g/cm3 ˂ d ˂ 1,42 g/cm3
|
|
PS
(Poliestireno)
|
1,04 g/cm3 ˂ d ˂ 1,06 g/cm3
|
a)
Depositados em um recipiente com água (d = 1,0 g/cm3), o único
polímero que flutua é o: ______.
b)
Os dois polímeros restantes são depositados em uma solução salina (d = 1,10
g/cm3). O ____ afunda e o _____ flutua.
02. Uma garrafa
contém gasolina até a metade. Se a densidade da gasolina é 0,68 g/cm3
e a massa contida na garrafa corresponde a 340 g, o volume total da garrafa é
______.
|
Elemento
|
Volume (cm3)
|
Massa(g)
|
Densidade (m/v)
|
|
gasolina
|
|
340
|
0,68
g/cm3
|
(a)
500 ml (b) 1000 ml (c) 2312 ml
(d) 340,68 ml
03. Uma esfera de
material desconhecido e sem orifícios com massa de 5,0 g e volume de 10 cm3
flutua na água (d = 1,0 g/cm3) porque
________________________________.
|
Elemento
|
Volume (cm3)
|
Massa(g)
|
Densidade (m/v)
|
|
Elemento
|
10
|
5,0
|
0,5
g/cm3
|
04. Um cubo de metal
de 375 g, 5,0 cm de aresta e 2,7 g/cm3 de alumínio é composto de
alumínio puro (d = 2,7 g/cm3)?
|
Elemento
|
Volume (cm3)
|
Massa(g)
|
Densidade (m/v)
|
|
Elemento
|
5
x 5 x 5 = 125
|
375,0
|
3
g/cm3
|
05. À temperatura de
500 C e pressão ambiente de 1atm, o estado físico das substâncias a
seguir indica que há:
a)
três gases: ____________________________
b)
dois líquidos: __________________________
|
Substância
|
Ponto de Fusão (0C)
|
Ponto de
Ebulição (0C)
|
|
Clorofórmio
|
- 63
|
61
|
|
Éter etílico
|
- 116
|
34
|
|
Etanol
|
- 117
|
78
|
|
Fenol
|
41
|
182
|
|
Pentano
|
-130
|
36
|
06. Associe:
(a) Sistema
homogêneo:
(b) Sistema
heterogêneo:
(c) Sistema
fechado:
(d) Fase:
(e) Componentes:
(__)
não exibe superfície de separação, isto é, apresenta uma única fase.
(__)
cada uma das substâncias presentes em um sistema.
(__)
porções distintas de um sistema
(__)
não há perca ou ganho de matéria
(__)
exibe superfícies de separação, ou seja, apresenta duas ou mais fases
.......................
Capítulo 03. Separação
de misturas
Fenômeno
envolve alteração de pelo menos uma variante de um sistema.
Fenômeno Químico acarreta
alteração na estrutura dos compostos.
Fenômeno Físico não acarreta
alteração na estrutura dos compostos.
Separação de misturas
Análise imediata é o conjunto de
processos empregados na separação por fracionamento dos componentes da mistura.
Os processos dependem da observação de: tipo de sistema (homogêneo ou
heterogêneo), natureza da mistura (sólido-líquido, líquido-gás, sólido-gás...)
e propriedades (ponto de ebulição, de fusão, densidade...).
Fracionamento de sistemas
heterogêneos sólido-sólido.
Catação,
flotação, ventilação, levigação (líquido separador), magnetização, dissolução
fracionada (de um dos sólidos).
Fracionamento de sistemas
heterogêneos sólido-líquido.
Filtração
(simples ou a vácuo), decantação (repouso por gravidade), centrifugação.
Fracionamento de sistemas
heterogêneos sólido-gás.
Filtração,
decantação (de líquidos com densidade diferente)
Fracionamento de sistemas
homogêneos sólido-líquido.
Destilação
simples (por aquecimento/vaporização).
Fracionamento de sistemas
homogêneos líquido-líquido.
Destilação
fracionada (por vaporização de elementos com ponto de ebulição diversos).
Fracionamento de sistemas
homogêneos gás-gás.
Liquefação
fracionada (por resfriamento).
Exercícios.
01. Grife a opção
mais adequada.
Para
separar sal e óleo, é possível adicionar (água
/ serragem). Em seguida, por (decantação
/ catação) separa-se o óleo da água). O último passo consiste em separar
água e sal por meio de (vaporização /
liquefação) desta mistura.
02. Complete com quantidade, evaporação, água,
mistura:
A
agricultura baseada na irrigação contribui para a salinização do solo porque
com a (__) da água os sais contidos nessa (__) acabam se acumulando no solo. A (__)
de chuva não contribuem para salinizar o solo porque não contém uma (__)
significativa de sais.
03.
Monte o esquema para separar as três substâncias:
|
Substância
|
Solúvel em àgua
|
Solúvel em
acetona
|
|
A
|
Sim
|
Sim
|
|
B
|
Sim
|
Não
|
|
C
|
Não
|
Não
|
1ª etapa - 2ª etapa - 3ª etapa - 4ª etapa - 5ª
etapa - 6ª etapa
(__)
A substância C não é solúvel em acetona e pode ser separada de B por filtração/decantação
(se sólido) ou por destilação (se líquidos).
(__)
Adiciona-se água à mistura das substâncias A, B e C.
(__)
B e C não apresentam solubilidade em água e podem ser separadas de A por filtração/decantação
(se sólido) ou por destilação (se líquidos).
(__)
Em seguida, adiciona-se acetona à mistura B e C.
(__)
Vaporizada a acetona, resta a substância B.
(__)
Vaporizada a água, obtêm-se a substância A.
...................
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