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INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA QUÍMICA
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Química: é uma ciência que estuda a matéria
e todas as transformações que ela
experimenta.
Matéria: é tudo que tem massa e ocupa lugar
no espaço.
Corpo: é qualquer porção limitada da matéria.
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Objeto: é um corpo que tem aplicações específicas e
úteis ao homem.
Massa: é a quantidade de matéria de um corpo ou
objeto.
Volume: é o espaço ocupado pela massa de um corpo
ou objeto.
Energia: é tudo aquilo que pode modificar a matéria,
provocar ou anular movimentos e, ainda, causar
sensações.
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Fenômenos Físicos: são aqueles que não alteram a estrutura íntima da matéria, sendo possível a sua recuperação.
Fenômenos químicos: são aqueles que alteram, permanentemente, a estrutura íntima da matéria, não sendo possível a sua recuperação.
Fenômeno: é qualquer
alteração sofrida pela
matéria. Os fenômenos
podem ser: físicos ou
químicos.
ELEMENTO QUÍMICO
É um conjunto de átomos com o mesmo
número de prótons que formam a matéria.
Por exemplo:
Elemento químico Hidrogênio – conjunto de
átomos que possui 1 próton.
ELEMENTO QUÍMICO
Atualmente são conhecidos 109 tipos de átomos, ou
seja, 109 elementos químicos.
Considerando que cada bolinha seja um átomo
teremos:
4 átomos e 4 elementos
Elemento Químico
“Cada elemento químico é representado por um
símbolo, de acordo IUPAC – International Union of Pure
and Applied Chemistry – (União de Química Pura e
Aplicada), obedecendo às regras criadas em 1814 por
Berzelius.
O símbolo de elemento deve ser, a princípio, a inicial
do seu nome, em letra de imprensa maiúscula.
Exemplo:
Hidrogênio (Elemento químico) H (símbolo)
ELEMENTO QUÍMICO
No caso de elementos químicos que tenham o nome
começado pela mesma letra, será acrescentada uma
outra, escrita em letra de imprensa minúscula, por
exemplo:
Elemento químico Símbolo
Carbono C
Cálcio Ca
MOLÉCULAS
São o conjunto de átomos unidos por ligações químicas, por exemplo:
H3PO4
3 átomos de Hidrogênio
1 átomo de Fósforo
4 átomos de Oxigênio
MOLÉCULAS
Outro exemplo bem prático:
Átomos 10 (quantidade)
Elementos 3 (qualidade)
Moléculas 5 (quantidade)
Substâncias 3 (qualidade)
MOLÉCULAS
Número de elementos na molécula:
Molécula binária: é aquela que possui dois
elementos, por exemplo: H2O;
Molécula ternária: é aquela que possui três
elementos, por exemplo: H2SO4;
Molécula Quaternária: é aquela que possui quatro
elementos, por exemplo: H3CCOONa.
MOLÉCULAS
Atomicidade: é o número de átomos presentes na
molécula de uma substância:
Por exemplo:
N2 – atomicidade 2 ou molécula diatômica.
Estas são as atomicidades das principais substâncias
simples:
MOLÉCULAS
Monoatômicas: gases nobres (He, Ne, Ar, Kr,
Xe, Rn).
Diatômica: H2, F2, O2, N2, Cl2, Br2, I2.
Triatômica: O3.
Tetratômica: P4.
Octoatômica:S8.
SUBSTÂNCIAS PURAS OU ESPÉCIES QUÍMICAS
Espécies de matérias constituídas por moléculas quimicamente iguais.
Podendo ser: substâncias puras simples e substância pura composta.
SUBSTÂNCIAS PURAS OU ESPÉCIES QUÍMICAS
Substâncias puras simples: são conjuntos de
moléculas formados por átomos de mesmo elemento
químico. Não podem ser desdobrados em duas
substâncias diferentes: H2, O2, N2, etc.
Substâncias puras compostas: são conjuntos de
moléculas formados por átomos de elementos químicos
diferentes. Podem ser desdobradas em duas ou mais
substâncias diferentes: H2O, CH4, NH3, CO2, H3PO4, etc.
MISTURAS
São associações de
duas ou mais substâncias,
cujas moléculas
permanecem inalteradas,
ou seja, não há reação
química.
MISTURAS
Misturas homogêneas ou soluções (monofásicas): são
aquelas que apresentam as mesmas características em
toda a sua extensão, não sendo possível distinguir seus
componentes.
Por exemplo: água e álcool, mistura de gases, etc.
Misturas Heterogêneas (polifásicas): são aquelas que
não apresentam as mesmas características em toda a sua
extensão, ou seja, apresentam duas ou mais partes
diferentes possíveis de ver a olho nu.
Por exemplo: água e óleo, água e areia, etc.
MISTURAS
Fases: é cada aspecto distinto de uma mistura, em
outras palavras, é cada porção possível de ser
identificada na mistura:
Fase 1- óleo
Fase 2- Gelo
Fase 3- água
ALOTROPIA
É o fenômeno pelo qual o
mesmo elemento químico em
poder forma substâncias simples
diferentes. Tais substâncias são:
Oxigênio, Fósforo, Enxofre e
Carbono
ALOTROPIA
Oxigênio: possui duas formas alotrópicas que diferem
quanto à atomicidade:
1. Gás incolor
2. Inodoro
3. Indispensável à vida
4. Forma mais estável do Oxigênio
1. Gás azulado
2. Cheiro forte e desagradável
3. Destrói a vida (em grandes concentrações)
4. Forma menos estável do oxigênio
ALOTROPIA
Fósforo: possui três formas alotrópicas: fósforo branco
(P4) –menos estável-, fósforo vermelho (P4)n –forma
estável- e fósforo negro (Pn).
Enxofre: é o elemento que possui a maior variedade
de formas alotrópicas. S8 rômbico é a forma mais
estável, S8 monoclínico é a forma menos estável do
enxofre.
ALOTROPIA
Carbono:
A forma mais estável do carbono é o grafite, a menos
estável é o diamante.
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
São determinadas características
que, em conjunto, vão definir a
espécie de matéria. Podendo ser
dividida em três grupos: gerais,
funcionais e específicas.
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Propriedades Gerais: são aquelas inerentes a toda
espécie de matéria.
Exemplos: massa, impenetrabilidade, divisibilidade,
compressibilidade, elasticidade, porosidade, etc.
Propriedades funcionais: são propriedades comuns
a determinados grupos de substâncias identificadas
pela função que desempenham.
Exemplos: ácidos – têm sabor azedo
bases – são adstringentes
PROPRIEDADE DA MATÉRIA
Propriedades Específicas: são propriedades
individuais de cada tipo de substâncias. São
classificadas em organolépticas, químicas e físicas.
Organoléptica ou sensoriais: propriedades que podem ser
detectadas pelos órgãos dos sentidos: gosto, cheiro...
Químicas: são responsáveis pelas transformações
permanentes que a matéria pode sofrer: ferrugem, queima, etc.
Físicas: não alteram a constituição da matéria: Ponto de
fusão, ponto de ebulição.
Líquido
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Principais propriedades Físicas
Sólido Gasoso
fusão vaporização
Sublimação ou ressublimação
solidificação liquefação
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Pontos de fusão (P.F.): ponto em que uma substância passa do sólido para o líquido. Substâncias puras tem ponto de fusão constante. No entanto, as misturas possuem pontos de fusão variável. Porém existem misturas que o ponto de fusão é constantes, essas são denominadas de EUTÉTICAS.
Pontos de Ebulição (P.E.): quando uma substância passa do líquido para o gasoso. Substâncias puras possuem ponto de ebulição constante e variável para as misturas. Porém, existem misturas que possuem pontos de ebulição constante, estas são chamadas de AZEOTRÓPICAS.
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Obs.: Quando a substância passa do estado líquido para
o estado gasoso tem-se a vaporização de três formas:
VAPORIZAÇÃO
Lenta- Evaporação. Ex.: água do mar.
Rápida- Ebulição. Ex.: café fervendo.
Instantânea- Calefação. Ex.: gota
d’água numa chapa quente.
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Ponto de Liquefação (P.L.): temperatura em que a
substância passa do estado gasoso para o estado
líquido. Sendo que este ponto é igual ao ponto de
ebulição somente nas substâncias puras.
Ponto de Solidificação (P.S.): ponto em que uma
substância passa do estado líquido para o sólido. Nas
substâncias puras a temperatura do ponto de fusão é
a mesma do ponto de solidificação.
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Densidade: relação entre massa e volume ocupado
pela matéria.
v
md
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Coeficiente de Solubilidade (C.S.): máxima quantidade de uma substância que é possível ser dissolvida em outra a um dada temperatura.
Por exemplo: C.S. do NaCl é 357g/l, ou seja, em um litro de água é possível dissolver, no máximo, 357 g de NaCl, a 25°C e 1 atm.
Dureza: resistência que uma espécie de matéria apresenta ao se riscada por outra. Logo,: quanto maior a resistência ao risco, mais dura é a matéria.
A substância natural mais dura é o diamante.
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Tenacidade: resistência que a matéria apresenta ao
choque mecânico, isto é, ao impacto. Apesar do
diamante ser o material mais duro, ao sofrer grande
impacto quebra-se totalmente.
Maleabilidade: capacidade que uma substância tem
em formar lâminas. O mais maleável é o ouro (Au).
Ductibilidade: capacidade que uma substância tem
em formar fios. O mais dúctil é, novamente, o ouro
(Au).
PROPRIEDADES DA MATÉRIA
Brilho: capacidade em que a matéria possui de refletir
a luz que incide sobre ela. Quando a matéria não
reflete a luz, ou reflete muito pouco, dizemos que ela
não tem brilho. Uma matéria que não possui brilho,
não é necessariamente opaca e vice-versa. Matéria
opaca é simplesmente aquela que não se deixa
atravessar pela luz. Assim uma barra de ouro é
brilhante e opaca, pois reflete a luz sem se deixar
atravessar por ela.
CONTITUIÇÃO DA MATÉRIA
Pg.: 27
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
CRONOLOGIA
450 a.C. – Leucipo: A matéria pode se dividir em partículas cada vez menores.
400 a.C. – Demócrito: Denominação átomo para a menor partícula de matéria. Considerado o pai do atomismo grego.
60 a.C. – Lucrécio: Autor do poema De Rerum Natura, através do qual foi consolidado o atomismo de Demócrito.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
1661 – Boyle: Autor do livro Sceptical chemist, no qual defendeu o atomismo e deu o primeiro conceito de elemento com base experimental.
1808 – Dalton: Primeiro modelo atômico com base experimental. O átomo é uma partícula maciça e indivisível. O modelo vingou até 1897.
1834 – Faraday: Estudo quantitativo de eletrólise, através do qual surgiu a idéia da eletricidade associada aos átomos.
1859: Primeiras experiências de descargas elétricas em gases a pressão reduzida (ao redor de 10 mmHg). Descoberta dos "raios" posteriormente chamados catódicos.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
1874 – Stoney: Admitiu que a eletricidade estava associada aos átomos em quantidades discretas. Primeira
1879 – Crookes: Primeiras experiências de descarga elétrica a alto vácuo.
1886 – Goldstein: Descargas elétricas em gases a pressão reduzida com cátodo perfurado. Descoberta dos raios canais ou positivos.
1891 – Stoney: Deu o nome de elétron para a unidade de carga elétrica negativa.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
1895 – Röentgen: Descoberta dos raios X.
1896 – Becquerel: Descoberta da radioatividade.
1897 – Thomson: Descargas elétricas em alto vácuo (tubos de Crookes) levaram à descoberta do elétron. O átomo seria uma partícula maciça, mas não indivisível. Seria formado por uma geléia com carga positiva, na qual estariam incrustados os elétrons (modelo do pudim de passas). Determinação da relação carga/massa (e/m) do elétron.
1898 - Casal Curie: Descoberta do polônio e do rádio.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
1900 - Max Planck: Teoria dos quanta.
1905 – Einstein: Teoria da relatividade.
Relação entre massa e energia (e = mc2).
Esclarecimento do efeito fotoelétrico.
Denominação fóton para o quantum de energia
radiante.
1909 – Millikan: Determinação da carga do
elétron.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
1911 – Rutherford: O átomo não é maciço nem
indivisível. O átomo seria formado por um núcleo muito
pequeno, com carga positiva, onde estaria
concentrada praticamente toda a sua massa. Ao redor
do núcleo ficariam os elétrons, neutralizando sua
carga. Este é o modelo do átomo nucleado, um
modelo que foi comparado ao sistema planetário, onde
o Sol seria o núcleo e os planetas seriam os elétrons.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
1913 – Bohr: Modelo atômico fundamentado na teoria dos quanta e sustentado experimentalmente com base na espectroscopia. Distribuição eletrônica em níveis de energia. Quando um elétron do átomo recebe energia, ele salta para outro nível de maior energia, portanto mais distante do núcleo. Quando o elétron volta para o seu nível de energia primitivo (mais próximo do núcleo), ele cede a energia anteriormente recebida sob forma de uma onda eletromagnética (luz).
1916 – Sommerfeld: Modelo das órbitas elípticas para o elétron. Introdução dos subníveis de energia.
EVOLUÇÃO HISTÓRICA
1920 – Rutherford: Caracterização do próton como sendo o núcleo do átomo de hidrogênio e a unidade de carga positiva. Previsão de existência do nêutron.
1924 - De Broglie: Modelo da partícula-onda para o elétron.
1926 – Heisenberg: Princípio da incerteza.
1927 – Schrödinger: Equação de função de onda para o elétron.
1932 – Chadwick: Descoberta do nêutron.
TEORIA ATÔMICA DE DALTON
Com base em estudos de outros cientistas
anteriores a ele (isto é muito comum em qualquer
área do conhecimento humano), John Dalton
propôs um modelo de átomo onde pregava as
seguintes idéias:
1. toda matéria é composta por átomos;
2. os átomos são indivisíveis;
3. os átomos não se transformam uns nos outros;
4. os átomos não podem ser criados nem destruídos;
TEORIA ATÔMICA DE DALTON
5. os elementos químicos são formados por átomos simples;
6. os átomos de determinado elemento são identicos entre si em tamanho, forma, massa e demais propriedades;
7. átomos de elementos diferentes são diferentes entre si;
8. toda reação química consiste na união ou separação de átomos;
9. átomos iguais entre si se repelem e átomos diferentes se atraem;
TEORIA ATÔMICA DE DALTON
10. substâncias compostas são formadas por átomos compostos (as atuais moléculas);
11. átomos compostos são formados a partir de elementos diferentes, em uma relação numérica simples.
À divulgação das idéias de Dalton seguiu-se em período de intensa aplicação e comprovação da sua teoria. Apesar de começarem a ser evidenciadas várias falhas, Dalton recusava sistematicamente tudo o que contrariasse suas afirmações. Graças ao seu prestígio, suas idéias mantiveram-se inalteradas por cerca de 50 anos.
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
ÁTOMO: sistema descontínuo ( predominam
os espaços vazios) formado por um núcleo (+)
e eletrosfera (-).
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
Átomo
Núcleo
Eletrosfera
nêutrons
elétrons
prótons
Note no esquema abaixo como estão
classificados os elementos atômicos e sua ordem
na estrutura de um átomo.
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
Após muitas pesquisas, se pôde estabelecer
valores de cargas elétricas e massas relativas.
Partículas Carga elétrica relativa Massa relativa
Prótons +1 1
Nêutrons 0 1
Elétrons -1 1/1836
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
Logo, foram feitas algumas conclusões:
• Praticamente toda a massa do átomo está concentrada no
núcleo.
• Todo átomo é eletricamente neutro, porque o número de prótons
é igual ao número de elétrons;
• O diâmetro do átomo é cerca de 10.000 a 100.000 vezes maior
que o seu diâmetro do seu próprio núcleo.
- O diâmetro do átomo é da ordem de cm.
- O diâmetro do núcleo é da ordem de cm.
810
1310
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
Por isso, se fizermos uma relação entre o
diâmetro do átomo e do núcleo teremos:
núcleododiâmetro
átomodediâmetro
13
8
10
10510 100.000
Número atômico (Z): cada elemento químico tem
o seu número atômico, ou seja, o Z é característico a
cada elemento.
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
Z é a quantidade de prótons que um átomo possui.
Por isso em um elemento neutro será igual ao número
de elétrons.
Z = P ou em um átomo neutro: Z= P = e
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
Número de massa (A): este simboliza a
soma de prótons e de nêutrons.
A= P + N
Por isso temos:
A
Z XNúmero atômico
Número de massa
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
ÍON: é uma espécie química onde o número
de prótons é diferente do número de elétrons,
ou seja, P é diferente de e.
Cátion o íon positivo que tem o número
de prótons maio que o de elétrons, ou
seja, tende a perder elétrons
Ânion é o íon negativo que tende a ganhar
elétrons. Pois possui maior número de
elétrons que de prótons
NOÇÕES ELEMENTARES DA ESTRUTURA DO ÁTOMO
Isótopos: átomos que possuem o mesmo número atômico e diferentes números de massa e nêutrons.
Isóbaros: átomos que possuem o mesmo número de massa e diferentes números de prótons e de nêutrons.
Isótonos: São átomos que possuem o mesmo número de nêutrons e diferentes números de massa e prótons.
Espécies isoeletrônicas: São aquelas que possuem o mesmo números de elétrons.