classificação, propriedades e transformações físicas da matéria
TRANSCRIPT
Disciplina: Química
Profª: Alda Ernestina
07/05/20151
Pré-Vestibular Samora MachelUniversidade Federal do Rio de Janeiro
Classificação, propriedades e
transformações físicas da matéria
E novamente iremos falar de matéria...
•Tudo que existe é formado por MATÉRIA
•Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço (ou seja, tem volume)
•Química é a ciência que estuda as propriedades e transformaçõesda matéria
Na 1ª aula vimos que:
Na aula de hoje veremos:
•Os estados físicos da matéria
•Os tipos de transformações sofridos pela matéria
• As propriedades da matéria
•A classificação da matéria
O que é um fenômeno?
Tudo que nos parece extraordinário
E para a ciências, o que é um fenômeno?
É qualquer acontecimento que possa ser observado e que ocorra nanatureza ou seja provocado experimentalmente
Exemplos de fenômenos naturais e artificiais
Para a química, consideramos fenômeno como sendo as transformações da matéria:essas transformações podem ser QUÍMICAS ou FÍSICAS
FENÔMENOS QUÍMICOSAlteram a composição da matéria, resultando na formação de novas substâncias, ou seja, são as chamadas reações químicas
A oxidação de um prego é um exemplo de fenômeno químico, pois é formada uma nova substância
4 Fe (s) + 3 O2 (g) 2 Fe2O3
A queima do carvão em uma churrasqueira também é um fenômeno químico, que consiste na reação do carvão (C) com O2 do ar, produzindogás carbônico (CO2)
C (s) + O2 (g) CO2
No interior de uma pilha ocorre uma reação química que produz energiaelétrica
Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2
Um fenômeno químico nada mais é que uma reação química qualquer
FENÔMENOS FÍSICOSNÃO alteram a composição da matéria, ou seja, não ocorre reação química, alteram apenas a estrutura da matéria
O derretimento do gelo é um exemplo de fenômeno físico, pois após derreter o gelo continua sendo água
Ao misturarmos água e sal ocorre um fenômeno físico, pois a água nãoreage com o sal, apenas o solubiliza
A água evaporando em uma chaleira é um exemplo de fenômeno físico,pois não há reação química, a água não deixa de ser água, há apenas uma mudança de estado físico (de líquido para gasoso)
Os fenômenos químicos são irreversíveis enquanto os fenômenos físicos são reversíveis
ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIAA matéria pode se apresentar sob diferentes estados físicos que são:
Sólido Líquido GasosoVolume e forma definidos
Alta organização das partículasVolume definido Forma variável
Organização intermediária
Volume e forma variáveisMáxima desorganização
das partículas
A água ocorre sob os três estados físicos
Gelo – sólidoÁgua líquida – líquido
Vapor de água – gasoso
MUDANÇAS DE ESTADOS FÍSICOSAo receber ou perder energia um estado pode ser convertido em outro, ocorrendo as chamadas mudanças de estados físicos, que são exemplos de fenômenos físicos
Fusão – passagem do estado SÓLIDO para o LÍQUIDO
Solidificação – passagem do estado LÍQUIDO para o SÓLIDO
Vaporização – passagem do estado LÍQUIDO para o estado de VAPOR
Condensação ou liquefação – passagem do estado GASOSO para o LÍQUIDO
Sublimação – passagem do estado SÓLIDO para o GASOSO, sem passar pelo estado líquido
Vamos praticar?À temperatura ambiente (25ºC) qual o estado físico de cada uma das substâncias a seguir?
Ponto de fusão – temperatura em que uma substância passa do estado sólido para o estado líquido. Ex: derretimento do gelo, ponto de fusão = 0 °C
Ponto de ebulição – temperatura em que uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Ex: água fervendo em uma chaleira, ponto de ebulição = 100 °C
Líquido
Gasoso
Líquido
Sólido
Vamos praticar?
Qual o estado físico das substâncias da tabela abaixo, quando as mesmas se encontram no deserto da Arábia, à temperatura de 50°C?
Líquido
Gasoso
Líquido
Líquido
Gasoso
MATÉRIA, CORPO E OBJETO•Matéria - tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço
•Corpo – porção limitada da matéria
•Objeto – corpo com função definida
Matéria
Corpo
Objeto
Propriedades da matéria
Gerais
Funcionais
Específicas
Propriedades GERAIS – são propriedades comuns a toda e qualquer espécie de matéria, independente da substância que a compõe.
Propriedades FUNCIONAIS – são propriedades observadas somente em determinados grupos de matéria.
Propriedades ESPECÍFICAS – são propriedades que permitem identificar uma determinada espécie de matéria. Se dividem em 3 tipos.
MassaVolume
Dependem da função química
Organolépticas
Químicas
Físicasponto de fusão,ponto de ebuliçãodensidade
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Massa – refere-se a quantidade de matéria contida em um corpo ou objeto
Principais grandezas
Volume – espaço ocupado por um corpo ou objeto
Densidade – razão entre a massa e o volume ocupado por um corpo ou objeto
DENSIDADE
Por que o chumbo afunda e a madeira flutua na água?
Para responder a esta pergunta devemos observar qual a massa contida em um volumeigual das três substâncias
d = 0,80 g/cm3 d = 1 g/cm3 d = 11,4 g/cm3
Neste caso, como temos volumes iguais, a substância que apresenta a maior massa, será a mais densa (apresenta maior densidade).
d Chumbo > d Água > d madeiraUnidade no SI = g/mL ou g/cm3
Um pouco mais sobre densidadePor que um navio, mesmo sendo muito pesado não afunda?
Um navio apesar de ser muito pesado, tem sua massa distribuída em um volume muito grande e por isso apresenta densidade menor que a da água
E por que um submarino afunda?
Quando está vazio o submarino flutua, pois é menos denso que a água.Para que ele afunde é necessário aumentar seu peso, o que se consegue armazenando água em reservatórios em seu interior, tornando-o mais denso que a água.
Por que o gelo flutua na água?
O gelo apresenta menor densidade que a água líquida, devido à forma como as moléculas de água se organizam no estado sólido, há um aumento no volume e consequente diminuição da densidade.
Exercícios sobre densidade1. O bromo é um líquido vermelho acastanhado com densidade de 3,10 g/mL. Que volume ocupa uma amostra de 88,5 g de bromo?
d = 3,1 g/mL
m = 88,5 g
V = ?
d = m/V
3.1 = 88,5 / V3.1 x V = 88,5
V = 28.5 mL
2. A densidade do selênio é 4,79 g/cm3. Qual a massa em kg contida em de 6,5 cm3 de selênio?
d = 4,79 g/cm3
V = 6,5 cm3
m = ?
d = m/V
4,79 = m / 6,5m = 4,79 x 6,5
m = 31, 1 g: 1000
m =0,0311
3. Um bloco de ferro com d = 7,6 g/cm3 tem as seguintes dimensões: 20cm x 30cm x 15cm. Determine a massa, em kg, do bloco.
d = 7,6 g/cm3
V = 20 x 30 x 15 = 900 cm3
m = ?
d = m/V
7,6 = m / 900m = 7,6 x 900
m = 6840 g: 1000
m =6,84 kgV = 900 cm3
Volume de um bloco retangular = comp. X larg. X alt.
Neste caso conhecemos a densidade ea massa de cada uma das substâncias,temos que saber qual o volume ocupadopor cada uma delas.
Suponha que 1g seja a massa de cada substância adicionada ao tubo. Vamos calcular o volume que seria ocupado em cada caso?
Água
d = m/v
1 = 1/vV = 1 mL
Acetona
d = m/v
0,8 = 1/vV = 1,25 mL
Clorofórmio
d = m/v
1,4 = 1/vV = 0,71 mLAo invés de se fazer esses cálculos pode-se
simplesmente considerar que quanto MAIOR o volume, MENOR será a densidade
CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA
MATÉRIA
Substância pura Mistura
Simples Composta
Homogênea
Heterogênea
Azeotrópica
Eutética
Substância pura – como o próprio nome sugere é uma substância pura, isenta de outras substâncias e que apresenta propriedades físicas bem definidas.
Mistura – é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas denominadas componente.
A matéria se divide em dois tipos diferentes: Substância pura e Mistura
Mas como são formadas as substâncias?
Átomo Elemento Molécula Substância
H
O
Conjunto de átomos iguais
Unidade fundamentalda matéria
Formada após a combinaçãodos elementos
H e OConjunto de
moléculas iguais
Letras Sílabas Palavra
Para ficar mais fácil de entender, podemos fazer uma analogia:
Frase
Átomo Elemento Molécula Substância
SUBSTÂNCIAS PURASTipo de matéria formada por unidades químicas iguais, sejam átomos, sejam moléculas,e por este motivo apresentam propriedades químicas e físicas próprias.
Substâncias simples – formada por um ou mais átomos do mesmo elemento
H2, O2, O3, N2, C (graf.)
Substâncias compostas – formada por dois ou mais elementos diferentes
H2O HCl CO2 HNO3
MisturasUma mistura é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas denominadascomponente.
O ar que respiramos é uma mistura formada por ...
gás nitrogênio (N2) = 78%gás oxigênio (O2) = 20%gás argônio (Ar) 1%gás carbônico (CO2) 0,03 %
Cada um desses gases é chamadode componente da mistura
O ouro 18 quilates é uma mistura formada por 3 componentes
ouro (Au) = 75%prata (Ag) = 20%cobre (Cu) = 5%
O combustível etanol é uma mistura formada por 2 componentes
etanol (C2H6O) 93%água (H2O) 7%
Neste caso temos uma mistura formada por3 substâncias simples
Neste caso temos uma mistura formada por2 substâncias compostas
Classificação das MisturasDe acordo com o aspecto visual de uma mistura, podemos classificá-la em função doseu número de fases.
FASE – cada uma das porções que conseguimos ver (a olho nu ou não) na mistura
água + sal dissolvido
1 fase
óleo
água
2 fases
Em função do número de fases, as misturas são classificadas em:
HOMOGÊNEA – toda mistura que apresenta uma única fase. São denominadas soluções
HETEROGÊNEA – toda mistura que apresenta duas ou mais fases
Ex: água com açúcar, ar, água mineral
Ex: água e óleo; água e gelo; granito; areia e terra
Uma mistura formada por gases será sempre HOMOGÊNEA
Vamos praticar?Classifique cada um dos sistemas abaixo quanto à composição.
Formado por átomos de um mesmo elemento
Formado por átomos de elementos diferentes
Formado por substânciasdiferentes
Substância simples Substância composta Mistura
Vamos praticar?Classifique cada uma das misturas a seguir, quanto ao número de fases.
1 faseMistura
Homogênea
2 fases
MisturaHeterogênea
1 fase
MisturaHomogênea
2 fases
MisturaHeterogênea
2 fases
MisturaHeterogênea
Indique quantos componentes, quantas fases e qual o tipo de mistura.
água + açúcar água + giz água + óleo + sal água + sal + granito + açúcar
2 componentes1 fase
Mistura HOMOGÊNEA
2 componentes2 fases
Mistura HETEROGÊNEA
3 componentes2 fases
Mistura HETEROGÊNEA
4 componentes2 fases
Mistura HETEROGÊNEA
Como diferenciamos uma substância pura de uma mistura?
Substância pura – durante a fusão e ebulição a TEMPERATURA permanece CONSTANTE
t1 = início da fusãot2 = fim da fusão
t3 = início da ebuliçãot4 = fim da ebulição
Curva de aquecimento da água
A curva de aquecimento de uma substância pura apresenta 2 patamares
Uma substância pura diferencia-se de uma mistura pelos valores de suaspropriedades específicas (ponto de fusão, ponto de ebulição e densidade)
que como o próprio nome sugere são específicos para cada substância
Como diferenciamos uma substância pura de uma mistura?
Mistura comum – durante a fusão e ebulição a TEMPERATURA VARIA
t1 = início da fusãot2 = fim da fusão
t3 = início da ebuliçãot4 = fim da ebulição
Curva de aquecimento de uma mistura comum
A curva de aquecimento de uma mistura comum NÃO apresenta patamares
Dois tipos de misturas especiaisExistem algumas misturas com comportamento diferente do esperado, sua curva de aquecimento apresenta um patamar. São de dois tipos:
Curva de aquecimento de uma mistura eutética
Mistura eutética – ponto de fusão constante
Misturas eutéticas – apesar de ser uma mistura, comportam-se como se fossem umasubstância pura, pois durante a FUSÃO a temperatura permanece CONSTANTE
Exemplo de mistura eutética
Solda – liga metálica com 63% de estanho + 37% de chumbo
Dois tipos de misturas especiais
Curva de aquecimento de uma mistura azeotrópica
Mistura azeotrópica – ponto de ebulição constante
Misturas azeotrópicas – apesar de ser uma mistura, comportam-se como se fossem umasubstância pura, pois durante a EBULIÇÃO a temperatura permanece CONSTANTE
Exemplo de mistura azeotrópica
álcool hidratado – 96% de etanol + 4% de água
Vamos praticar?Observe as curvas de aquecimento e classifique cada um dos casos
T
tempo
Substância pura Mistura comum
Mistura azeotrópicaMistura eutética
Tf e Te constante Tf e Te variáveis
Te constanteTf variável
Tf constanteTe variável
PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURASNa natureza raramente encontramos substâncias puras. Desta forma, para obtermos uma determinada substância é necessário usar métodos de separação aplicáveis à misturas homogêneas ou heterogêneas, dependendo do caso
Misturas Heterogêneas
Sólido + Líquido Sólido + Gasoso Líquido + Líquido Sólido + Sólido
Filtração Filtração Destilaçãofracionada
Catação
No caso das misturas heterogêneas os principais processos de separação que podem ser aplicados são:
Decantação
CentrifugaçãoDecantação
em funil
Peneiração
Separaçãomagnética
SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS (Sólido – Líquido)
Filtração – passa-se a mistura por um funil contendo papel filtro, onde o sólido ficará retido.
Exemplos
água + areia água + carvão
A filtração é também usada na separação de misturas de substâncias sólidas e gasosas, mas neste caso ao invés de um funil, tem-se um filtro especial
Exemplos
ar + poeira
O aspirador de pó é usado para separar a poeira do ar.
SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS (Sólido – Líquido)
Centrifugação – é um processo que acelera a decantação dos componentesda mistura entre um líquido e um sólido
Decantação – separa os componentes da mistura segundo sua densidade,onde o componente mais denso deposita-se no fundo do recipiente
Exemplo
Água + barro
A centrifugação é muito utilizada em laboratórios. Um dos exemplos mais comuns é a centrifugação do sangue humano para a realização do hemograma
Centrífuga
SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS (Líquido– Líquido)
Decantação em funil – é aplicada na separação da mistura entre líquidosimiscíveis
Destilação fracionada – separa os líquidos de uma mistura com base emseus pontos de ebulição
Exemplo
água + álcool
O líquido que evapora primeiro é o de menor ponto de ebulição, dizemos que ele é mais volátil
Coloca-se a mistura no funil, agita-se vigorosamente e em seguida deixa em repouso, para que haja a decantação. Após a decantaçãoabre-se a torneira e coleta-se cada um dos líquidos
Exemplo
água + óleo
SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS (Sólido-Sólido)
Peneiração – consiste na separação de sólidos com tamanhos diferentes, através do uso de uma peneira
Catação – consiste na separação manual dos sólidos de uma mistura, combase em seu tamanho
A catação é um processo corriqueiro aplicado por exemplo na separação dos grãos de feijão
Assim como a catação, a peneiração é um processo corriqueiro aplicado por exemplo na separação dos pedregulhos da areia. Sendo também utilizada no garimpo do ouro
Separação magnética – consiste na separação de misturas que contémcomponente(s) magnético(s), utilizando-se um imã
A separação magnética é também denominada imantação e para que funcione, pelo menos um dos componentes da mistura deve ser magnético e dos demais não.