quÍmica geral engenharia mecÂnica
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QUÍMICA GERAL ENGENHARIA MECÂNICA. Prof. Dr. Sérgio Henrique Pezzin. MATÉRIA E ENERGIA. Matéria: Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço. Substância: Forma simples e pura da matéria. Estados da Matéria: Sólido – Forma rígida da matéria - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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QUÍMICA GERAL
ENGENHARIA MECÂNICA
Prof. Dr. Sérgio Henrique Pezzin
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Matéria: Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço.
Substância: Forma simples e pura da matéria.
Estados da Matéria: Sólido – Forma rígida da matéria Líquido – Forma fluida da matéria que tem superfície
bem definida e toma forma do recipiente que a contém. Gás – Forma fluida da matéria que ocupa todo o
recipiente que a contém.
MATÉRIA E ENERGIA
http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/
ATKINS, P e.; Jones, L. “Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente”, Porto Alegre: Bookman, 2001.
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Propriedade Física: Característica que podemos observar ou medir sem
alterar a identidade da substância. Ponto de fusão (PF), dureza, cor, estado, densidade.
Propriedade Química: Habilidade de uma substância em se transformar em
outra(s) substância(s). P.ex.: hidrogênio reage com oxigênio para formar água.
PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS
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Propriedade Intensiva: Independe do tamanho da amostra. Temperatura, densidade.
Propriedade Extensiva: Depende do tamanho da amostra. Massa, volume.
PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS
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Medida da capacidade de realizar trabalho. Unidade SI: joule (J) – 1J = 1 kg.m2.s-2
Energia Cinética: Ec = ½ mv2
Energia Potencial: Ep = mgh
Energia Potencial de Coulomb:
ENERGIA
r
qqEP
21
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Energia do campo eletromagnético Ondas (rádio, luz, raios-X) Transporta energia pelo espaço
ENERGIA
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Conservação da Energia Energia total: E = Ec + Ep
Dissipação de energia: Movimento térmico
Variação de energia: ΔE = Efinal - Einicial
ENERGIA
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Força ma = F
Pressão P = F / A Moléculas chocando-se contra uma parede.
Trabalho w = F. Δx = P. ΔV
FORÇA E PRESSÃO
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Do que é constituída a matéria ? Tales de Mileto: água Heráclito: fogo Aristóteles / Empédocles:
Água, Terra, Fogo, Ar
Elementos Substâncias fundamentais a partir das quais todas
as formas de matéria podem ser construídas.
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Propriedades dos Elementos
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Átomo FilosóficoAtomistas: Demócrito e Leucipo (400-500 aC.)
Átomo: indivisívelAceitação do vazio !
Átomo CientíficoExperimentação: Lavoisier, Proust, Dalton
Séculos XVIII e XIX
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Superfície de GaAs (Microscopia eletrônica de tunelamento)
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
O modelo atômico de Dalton (1807) Todos os átomos de um dado
elemento são idênticos. Os átomos de diferentes elementos
têm massas diferentes. Um composto é uma combinação
específica de átomos de mais de um elemento.
Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos, mas trocam de parceiros para produzir novas substâncias.
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Definição moderna de elemento:
Substância composta de uma única espécie de átomo.
Atualmente 112 elementos já foram descobertos ou criados.
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
O modelo nuclear
J.J.Thompson (1897) desenvolveu experimentos para a descoberta da partícula sub-atômica: o elétron, e mediu a sua razão carga/massa.
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
O modelo nuclear
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
O modelo nuclear
Partícula Carga Massa Elétron (e-) -1 9,109 x 10-31 Próton (p) +1 1,673 x 10-27 Nêutron (n) 0 1,675 x 10-27
Diâmetro do núcleo ≈ 10-14 m
Diâmetro do átomo ≈ 10-9 m
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Espectrometria de massa
≠ massa entre átomos de um elemento
Nêutrons
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Número atômico (Z):Número de prótons em um núcleo atômico.
Número de massa (A):Número de prótons e nêutrons em um
núcleo atômico.
Isótopos:Átomos com mesmo Z, mas A diferente.
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Alguns isótopos de elementos comuns
Elemento Símbolo Z A Abundância, %
hidrogênio 1H 1 1 99,985
deutério 2H 1 2 0,015
trítio 3H 1 3 Raro*
Carbono-12 12C 6 12 98,90
Carbono-13 13C 6 13 1,10
Oxigênio-16 16O 8 16 99,76
*radioativo, vida curta
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Exercício 1:
Quantos prótons, nêutrons e elétrons estão presentes em um átomo neutro de:
(a) carbono-14
(b) ferro-56
(c) urânio-235
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TABELA PERIÓDICA
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Exercício 2:
Quais características têm em comum os átomos de:
(a) Ar-40
(b) K-40
(c) Ca-40
Em que eles são diferentes ?
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ELEMENTOS E ÁTOMOS
Exercício 3:
Determine o número total de prótons, nêutrons e elétrons em uma molécula de água, H2O.
Que fração de sua própria massa é devida aos nêutrons do seu corpo, assumindo que consiste basicamente de água ?
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COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS
Análise:Descoberta de quais elementos se
combinaram para formar uma substância.
Síntese:Produção de novas combinações de
átomos, novos materiais.
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COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS
Composto:Substância que consiste de dois ou mais
elementos diferentes combinados em uma proporção definida.
Compostos Orgânicos (metano, glicose, polietileno, etc)
Compostos Inorgânicos (água, sílica, amônia, cloreto de sódio, etc.)
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COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS
Molécula:Grupo discreto de átomos ligados em um
arranjo específico (covalente).
Íon:Átomo (ou grupo de átomos ligados)
carregado eletricamente Cátion – íon carregado positivamenteÂnion – íon carregado negativamente
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COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS
Composto Molecular:Consiste de moléculas.
Em geral compostos binários de dois não-metais são moleculares.
Composto Iônico:Consiste de íons.
Em geral compostos binários de um metal e um não-metal são iônicos.
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COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS
Moléculas e Compostos MolecularesFórmula química:
Forma de expressar sua composição em termos de símbolos químicos.
Fórmula molecular:Mostra quantos átomos de cada elemento
compõem uma única molécula do composto.Fórmula estrutural:
Indica como os átomos estão ligados.
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COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS
Íons e Compostos IônicosCristais – Célula Unitária
Não falamos em molécula de um composto iônico .
Fórmula unitária:Mostra a razão entre o número de átomos de
cada elemento presente no composto em termos da menor quantidade de número de íons.
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COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS
Exercício 4:
Escreva a fórmula do composto binário formado por
(a) Cálcio e cloro
(b) Alumínio e oxigênio
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NOMENCLATURA DE COMPOSTOS
Exercício 5
Dê o nome dos compostos (a) Ag2S(b) Mg(OH)2
(c) NiSO4.6H2O(d) H2SO3
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NOMENCLATURA DE COMPOSTOS
Exercício 6
Escreva a fórmula para os compostos (a) fosfato de alumínio(b) bromato de cobre(II)(c) sílica(d) ácido perclórico
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ESTEQUIOMETRIA
Cálculos envolvendo as massas das substâncias que participam nas reações químicas:
(do grego stoicheion, constituinte elementar, e metrein, medir).
Extrema importância prática: Previsão teórica da quantidade de reagentes a ser usada
para se obter determinada quantidade de produtos, numa reação química, em condições pré-fixadas.
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MASSA ATÔMICA
Padrão de massas atômicas (1961):a massa de 1/12 do átomo do isótopo do
carbono com A igual a 12 (12C). chamado unidade de massa atômica
(u.m.a).
Massa atômica de um átomo é a massa deste átomo expressa em u.m.a.
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MASSA ATÔMICA
Espectrometria de massas: permite a determinação da massa atômica com
grande precisão.
Massa atômica do átomo 24Mg = 23,985 u.m.a 24 u.m.a = 24 x massa de 1/12 do 12C
Massa atômica do átomo 35Cl = 34,997 u.m.a 35 u.m.a = 35 x massa de 1/12 do 12C
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MASSA ATÔMICA
Massa atômica de um elemento: média ponderada das massas atômicas dos átomos de
seus isótopos constituintes.
O elemento cloro é formado pelos isótopos: 35Cl, com abundância natural de 75,4%, e 37Cl, com
abundância de 24,6%
Massa atômica do elemento Cl = [(34,997 x 75,4) + (36,975 x 24,6)]/100 = 35,453 u.m.a.
não existe átomo de Cl com massa 35,453 u.m.a; esse é o valor médio da massa dos átomos de Cl.
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MASSA MOLECULAR
É a massa de uma molécula da substância expressa em u.m.a.
É igual à soma das massas atômicas de todos os átomos constituintes da molécula.
Exemplo:MA do H 1 u.m.a.MA do O 16 u.m.a.
Massa molecular do H2O = (2 x 1) + 16 18 u.m.a.
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FÓRMULA-MASSA
No caso de substâncias iônicas, o termo massa molecular é substituído por fórmula-massa, pois não existe molécula de substância iônica.
Exemplo:
MA do Na 23 u.m.a.
MA do Cl 35,5 u.m.a.
Fórmula-massa do NaCl = 23 + 35,5 58,5 u.m.a.
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MOL
É a quantidade de átomos, moléculas, íons, elétrons, etc., igual ao número de átomos que há em 12 g de carbono-12.
Este número é igual a 6,02 x 1023 (conhecido como número de Avogadro).
Assim como uma dúzia são 12 unidades e uma centena são 100 unidades, um mol são 6,02 x 1023 unidades.
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MASSA MOLAR
Massa molar é a massa de um mol de entidades (átomos, moléculas, íons, etc.).Unidade: g.mol-1
Massa molar de um elemento é a massa de 6,02 x 1023 átomos desse elemento.
É numericamente igual à sua massa atômica.MA do Cl = 35,5 u.m.a.Massa molar do Cl = 35,5 g.mol-1
![Page 42: QUÍMICA GERAL ENGENHARIA MECÂNICA](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061616/56814da4550346895dbaffb3/html5/thumbnails/42.jpg)
ESTEQUIOMETRIA
Exercício 7
O ferro (massa atômica 56) é essencial à vida do homem porque está presente, na forma iônica, no glóbulo vermelho do sangue e transporta oxigênio para os tecidos.
No sangue de um adulto há 2,9 g de ferro, que estão contidos em cerca de 2,6 x 1013 glóbulos vermelhos.
Qual é o número de átomos de ferro em cada glóbulo vermelho ?
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ESTEQUIOMETRIA
Cálculos envolvendo reações químicas:
Escrever a equação química que representa o fenômeno descrito no problema.
Balancear a equação.
Relacionar os dados do problema com a incógnita.
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EQUAÇÕES QUÍMICAS
São descrições abreviadas das modificações que ocorrem durante uma reação química.
Permitem determinar relações quantitativas entre reagentes e produtos.
as equações devem estar balanceadas: devem obedecer à lei da conservação da
massa, tendo o mesmo número de átomos de cada elemento em ambos lados da seta.
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EQUAÇÕES QUÍMICAS
Consideremos, p.ex., a equação para a combustão do etanol, C2H5OH :
C2H5OH + O2 2 CO2 + 3 H2O
No nível molecular podemos ler:1 molécula de C2H5OH + 3 moléculas de O2
2 moléculas de CO2 + 3 moléculas de H2O
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EQUAÇÕES QUÍMICAS
Redimensionando para uma escala de laboratório:
1 mol de C2H5OH + 3 mols de O2 2 mol de CO2 + 3 mol de H2O
A equação balanceada fornece as relações quantitativas entre todos os reagentes e produtos.
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EQUAÇÕES QUÍMICAS
Exercício 8
Uma amostra de um minério de carbonato de cálcio pesando 2,0 g, ao ser tratada com ácido clorídrico em excesso, produziu 1,5 x 10-2 mol de dióxido de carbono.
Equacione a reação química correspondente e calcule a porcentagem, em massa, de carbonato de cálcio.
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EQUAÇÕES QUÍMICAS
Exercício 9 A obtenção de etanol, a partir de sacarose
(açúcar) por fermentação, pode ser representada pela seguinte equação:
C12H22O11 + H2O 4 C2H5OH + 4 CO2
Admitindo-se rendimento de 100% e que o etanol seja anidro (puro), calcule a massa (em kg) de açúcar necessária para produzir 50 L de etanol.
(detanol = 0,8 g/cm3)
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ATKINS, P e.; Jones, L. “Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente”, Porto Alegre: Bookman, 2001.