Apostila de quimica geral 2009

Apostila de quimica geral 2009

(Parte 1 de 6)

Química Geral

Brown, T. L., LeMay Jr., H. E., Bursten, B. E., Burdge, J. R. Química a Ciência Central Editora Pearson Prentice Hall.

Brady, J.E., Russell, J.W., Holum, J.R. Química A Matéria e Suas Transformações Volumes 1 e 2. Editora LTC.

Masterton, W.L., Slowinski, E. J., Stanitski, C. L. Princípios de Química Editora Guanabara.

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Estudo da Matéria. Classificações da matéria. Estados da Matéria. Propriedades da matéria. Mudanças de fase, Diagramas de fases.

1 - Introdução: Química é a ciência que estuda a matéria e sua composição, propriedades, estrutura e reações.

Matéria é o material do qual o universo é constituído. Em outras palavras é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço. Em qualquer de seus três estados físicos estáveis - sólido, líquido ou gasoso, a matéria pode ser homogênea ou heterogênea.

O estudo da composição da matéria envolve os aspectos relacionados à homogeneidade, assim como a identificação e quantificação de seus constituintes.

A observação das propriedades da matéria tem como objetivo a caracterização de seus comportamentos físicos e químicos perante diferentes condições às quais pode ser submetida. Para a Engenharia este estudo é fundamental para escolha dos materiais adequados às diferentes condições de aplicação.

A estrutura da matéria pode, em um plano mais simples, estar associada ao estado físico desta. Uma análise mais complexa pode, por exemplo, identificar diferentes graus de organização no estado sólido. Como resultado tem-se o conhecimento da existência de estruturas bastante organizadas (cristalinas) e de estruturas amorfas e da importância das mesmas no comportamento e aplicação dos materiais. Finalmente, podemos caracterizar a estrutura da matéria a níveis moleculares e atômicos, que permitem prever diretamente a maioria de suas propriedades físicas e químicas.

O estudo da reatividade dos materiais permite conhecer a capacidade de transformação em novos materiais, assim como sua vulnerabilidade em termos de degradabilidade química.

Na natureza, os materiais são constituídos de misturas de compostos e, em menor proporção, de elementos. A seguir, conceituaremos misturas, compostos ou substâncias compostas e elementos ou substâncias simples.

2 - Estados da matéria A matéria pode ser um gás, um líquido ou um sólido.

Organização molecular segundo os três estados da matéria.

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2.1 - O estado gasoso

Em termos de propriedades físicas das substâncias entendidas em termos de teoria cinética molecular os gases são altamente compressíveis, assumem a forma e o volume do recipiente. As moléculas de gás estão separadas e não interagem muito entre si. Isto resulta em baixas densidades e no fato de um gás ocupar completamente o recipiente que o contém. Representação molecular do estado gasoso.

2.2 - O estado líquido

As moléculas de líquidos são mantidas mais próximas do que as moléculas de gases, mas não de maneira tão rígida de tal forma que as moléculas não possam deslizar umas sobre as outras. Como estas podem se mover, os líquidos adquirem o formato do recipiente. As forças que mantêm unidas as partículas do líquido resultam em diversas propriedades:

Representação molecular do estado líquido.

A – Viscosidade:

Viscosidade é a resistência de um líquido em fluir. Um líquido flui através do deslizamento das moléculas sobre outras. Quanto mais fortes são as forças intermoleculares, maior é a viscosidade.

Tabela1. Viscosidades de uma série de hidrocarbonetos a 20 °C

Substância Fórmula Viscosidade (cP)

B - Tensão superficial:

A tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área superficial de um líquido. As moléculas volumosas (aquelas no líquido) são igualmente atraídas pelas suas vizinhas. As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas. Conseqüentemente, as moléculas da superfície estão mais densamente empacotadas do que as moléculas volumosas. Representação da ação da tensão superficial sobre as moléculas.

• As forças de coesão ligam as moléculas entre si. • As forças de adesão ligam as moléculas a uma superfície.

• Menisco é a forma da superfície do líquido

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Se as forças de adesão são maiores do que as forças de coesão, a superfície do líquido é atraída para o seu recipiente mais do que as moléculas volumosas. Portanto, o menisco tem formato de U (por exemplo, água em um copo). Se as forças de coesão são maiores do que as forças de adesão, o menisco é curvo para baixo.

2.3 - O estado sólido

Temos um sólido quando as moléculas estão unidas e geralmente ordenadas de maneira simétrica. À temperatura ambiente, os sólidos não são compressíveis e geralmente possuem unidades repetidas regulares. Dois tipos são observados: Cristalino e amorfo.

2.3.1 - Sólidos cristalinos possuem pontos de fusão definidos. Iônicos.

Os íons estão arranjados em unidades repetidas. Exemplo NaCl. Num cristal iônico, como no cloreto de sódio, os íons de cargas opostas ocupam determinadas posições do retículo cristalino. As forças de atração entre esses íons são do tipo eletrostático. Um íon positivo (cátion), por exemplo, mantém-se atraído aos íons negativos (ânions) que o cercam. Da mesma forma, cada ânion é cercado por cátions, em uma rede tridimensional infinita. NaCl sólido

Covalentes.

Unidades repetidas de átomos ligados por covalência. Exemplo grafita

Num cristal covalente, como no diamante, C∞, ou na sílica,

(SiO2)∞, os átomos que o constituem estão unidos pelas ligações covalentes. Tratam-se de estruturas covalentes tridimensionais infinitas, em lugar de íons ou moléculas discretas. Grafita.

Moleculares.

Unidades repetidas formadas por moléculas. Exemplo gelo.

Num cristal molecular, como no gelo (H2O), no gelo seco (CO2), etc., existem moléculas bem definidas, que se atraem através de ligações intermoleculares. Estas ligações podem ser bastante intensas, como as pontes de hidrogênio, ou fracas, como as forças de London.

Água sólida

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Metálicos.

Unidades repetidas formadas por átomos metálicos. Os elétrons de valência estão livres para saltarem de um átomo para outro. Num cristal metálico, como no cobre, no ferro, nas ligas metálicas, etc., os íons positivos do metal estão fortemente empilhados e unidos por uma "nuvem eletrônica" móvel. Observe que, diferentemente do cristal iônico, não existem íons de cargas opostas que se atraem eletrostaticamente.

Representação da ligação metálica.

2.3.2 - Sólidos amorfos

Não possuem pontos de fusão definidos ou unidades repetidas regulares. Num sólido amorfo, como no vidro e na maioria dos plásticos, existem moléculas gigantes (macromoléculas), que se atraem através de ligações intermoleculares, mas que não se empacotam de forma organizada como num cristal.

3 - Mudança de estados físicos

Sublimação: sólido → gás. Vaporização: líquido → gás. Derretimento ou fusão: sólido → líquido. Deposição: gás → sólido. Condensação: gás → líquido. Congelamento: líquido → sólido.

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