Noções fundamentais da Quimica - Apostilas - Química Part1, Notas de estudo de Química

Baixe Noções fundamentais da Quimica - Apostilas - Química Part1 e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! Ensino Médio 1º Série Apostila | CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO SUPLETIVA DE VOTORANTIM 2 Química Apostila I - CEESVO Caro Aluno: Seja bem-vindo ao curso de Química. A Química é a ciência que estuda os materiais que constituem a natureza, sua composição e preparação, as transformações que sofrem, as energias envolvidas nesses processos e a produção de novos materiais. A Química está presente em todas as atividades da humanidade. Muitas vezes informações imprecisas, como “este alimento não contém química”, ou alarmistas como “a energia nuclear mata”, levam o homem a “ter uma visão distorcida” da Química. É necessário, portanto, fazer uma análise dos benefícios e malefícios que essa ciência traz. É impossível imaginarmos um mundo privado de combustíveis, medicamentos, fertilizantes, pigmentos, alimentos, plásticos etc., produtos fabricados em indústria química. Os problemas que podem surgir dependem da forma de produção e aplicação desses produtos, e o homem, como usuário, deve estar consciente de seus atos. Vamos então buscar conhecimentos na Química e exercitar o pensar para o melhor aproveitamento dessas informações. Instruções para as Atividades: 1 - Trace uma meta, seja disciplinado e determine seu objetivo de conclusão do curso; 2 - Com muita paciência e amor leia atentamente os capítulos das apostilas; 3 - Anote no caderno as dúvidas e sempre que for necessário consulte o dicionário e o glossário no final da apostila; 4 - Caso tenha dúvidas com o conteúdo da matéria que estiver estudando, consulte um dos professores de Química; 5 - Você poderá acessar as apostilas pelo site www.ceesvo.com.br; 6 - É obrigatório o cuidado com a apostila, mantendo-a limpa (sem rabiscos a lápis ou caneta) e em perfeitas condições de uso. Deus o abençoe e bons estudos!!! Equipe de Química e Ciências. 5 1 - Introdução Historicamente, o homem primitivo começa a perceber as transformações químicas com o domínio do fogo. Naturalmente observou que a madeira ao ser queimada se transformava em cinzas, que as rochas do solo chegavam a se fundir, tomando uma aparência mais resistente. Com o domínio de produzir o fogo o homem primitivo passou a tirar vantagens, afugentando as feras, não tendo medo da escuridão e também, nas regi- ões mais frias as noites passaram a ser mais quentes (devido ao calor liberado pela combus- tão). Nota-se, que esse conhecimento proporciona mais segurança e gera um crescimento da espécie humana devido a melhor condição de vida. A utilização do fogo trouxe vários benefícios sendo, um deles, o cozimento dos alimentos diminuindo a contaminação por bactérias que eram responsáveis por muitas doenças da época primitiva. Essas mudanças proporcionaram melhores condições de vida, além do crescimento populacional da época. Fonte: www.google.com Os recipientes de barro (argila) tiveram transformação ao serem levados ao fogo, adquirindo uma resistência em sua su- perfície, beneficiando utensílios para o preparo dos alimentos. Todos esses avanços no cotidiano do homem primitivo só foram possíveis com o domínio do fogo podendo gerar as transformações na matéria devido ao calor. O homem continuou evoluindo passando pela idade da pedra, dos metais... e assim sucessivamente. Na realidade, o homem não sabia que estava realizando química. Fonte: Alquimistas Químicos o passado, o presente e o futuro; pág.12; ed. Moderna. Química Apostila I - CEESVO 6 Lascas de Ferro Armas com ligas metálicas Ligas metálicas O domínio dos recursos naturais, como as ligas metálicas (bronze, latão, aço, etc.) geram o conhecimento sobre a metalurgia e siderurgia, e assim outras áreas do conheci- mento vão surgindo. O desenvolvimento da civilização foi surgindo à medida que suas habilidades nas transformações da matéria foram sendo aperfeiçoadas, como: o vidro, as jóias, as moedas, as cerâmicas e inevitavelmente as armas mais resistentes e eficazes. A liga de aço acelerou um profundo impacto da química sobre a sociedade. Assim, a força muscular foi sendo substituída por máquinas. Com meios de transporte melhores e maior produtividade das fábricas, o comércio e o mundo se transformam, simultaneamente. Nada disso teria acontecido se não houvesse instinto humano para sobreviver e a curiosidade, mesmo sem saber na íntegra como ocorriam essas transformações. Desde a concepção do Universo a evolução que ocorreu e que continua ocorrendo devido aos fatores abióticos que proporcionam vida neste planeta. A evolução científica, social, econômica e cultural contribuiu para a somatória de diversos conhecimentos, onde buscamos incansavelmente resposta para as questões como: • Há vida em outros lugares, planeta ou universo? • Será que existem outras formas de vida além dessa que conhecemos? • Somos feitos só de matéria ou energia? • Todo esse questionamento e a busca por respostas científicas fazem o homem evoluir constantemente. Química Apostila I - CEESVO 7 Na casa, trabalho, lazer ou em qualquer lugar está ocorrendo transformações da matéria, como a situação de preparar um simples café, chá ou mesmo a dissolução de um suco em pó na água. O fato de nós suarmos, respirarmos, digerirmos, pensarmos, raciocinarmos, ou seja, sobrevivermos nos leva a muita transformação química. Química Apostila I - CEESVO 10 Também temos o volume que expressa o espaço ocupado pela matéria. Pode ser medido entre outras formas: em litro, mililitro, centímetro cúbico e outros. Observe a tabela na página seguinte. Unidade de Medida Representação Relação Litro L ou ( l ) 1 L = 1000 mL Mililitro mL ou (ml) 1 mL = 0,001 L Centímetro cúbico cm3 1 cm3 = 0,001 L Metro cúbico m3 1 m3 = 1000 L Decímetro cúbico dm3 1 dm3 = 1L Existe uma relação entre a massa e o volume que determina a densidade absoluta ou massa específica (d) de uma substância, que é a massa contida na unidade de volume de uma substância. Calcula-se a densidade através da expressão: Pode-se medir a massa em gramas e o volume em centímetro cúbico, mililitro ou litro.Voltando a falar um pouco mais sobre a matéria ela pode ser apresentada de duas formas diferentes e distintas: corpo e objeto. Onde: d é a densidade, m é a massa, V é o volume m d = ------- V 1.2 - Corpo Veja alguns exemplos na página seguinte: Corpo é qualquer porção limitada da matéria. Química Apostila I - CEESVO 11 Troncos de Madeira Mármore Fonte: www.google.com 1.3 - Objeto Veja alguns exemplos abaixo: 1.4 - Energia Entende-se por trabalho o movimento da matéria contra uma força que se opõe ao Fonte: www.google.com Mesa de Madeira Estátua de mármore Objeto é uma porção limitada de matéria quer por sua forma especial ou por sua (utilidade). Energia é a capacidade de realizar trabalho. Química Apostila I - CEESVO 12 seu movimento. Assim, tudo que tem capacidade de movimentar a matéria possui energia. Algumas formas de energia são calor, luz, som, energia mecânica, elétrica e química. Todas as formas podem converter-se umas nas outras, no entanto, a energia total do sistema permanece sempre constante. Veja alguns exemplos desses fenômenos, onde ocorre transformação de energia: a queima de um combustível (transformação de energia química em energia térmica, luminosa e mecânica), funcionamento de uma pilha ou bateria (transformação de energia química em energia elétrica) e utilização de ferro elétrico (transformação de energia elétrica em energia térmica). Veja alguns exemplos abaixo: Transformação de energia elétrica em energia térmica. Transformação de energia química em energia elétrica. Fonte: www.google.com 2 - Substâncias Químicas Os materiais que nos cercam, como por exemplo, a terra, o mar, as rochas, e os que utilizamos diariamente, como o alumínio, o vidro, os medicamentos, as bebidas, etc., não são substâncias, mas misturas de substâncias. Surge agora, uma pergunta muito importante: havendo cerca de uma centena de elementos químicos diferentes na Natureza, porque encontramos uma variedade tão grande de materiais? Porque temos diferentes tipos de átomos, os quais podem se reunir formando uma infinidade de agrupamentos diferentes. Química Apostila I - CEESVO 15 De acordo com a constituição de suas unidades, as substâncias (puras) podem ser classificadas como substâncias simples ou compostas. Veja alguns exemplos: Fonte: Apostila Anglo Sorocaba Existe um fato interessante envolvendo alguns elementos químicos, como por exemplo, o carbono (C), oxigênio (O) e outros. Esse fato interessante é a capacidade de que alguns elementos químicos formarem diferentes substâncias. Esse fenômeno é chamado de alotropia. Você sabe o que é isso? Vejamos a seguir alguns elementos que são capazes de formar mais de um tipo de substância (chamada variedade alotrópicas). Oxigênio O elemento químico oxigênio pode formar o gás oxigênio (O2) e o gás ozônio. O gás oxigênio (O2) é formado por dois átomos do elemento oxigênio (O), formando moléculas biatômicas. O gás oxigênio (O2) pode ser respirado pelo ser humano e outros Substância simples é formada por átomos de um único elemento químico. Química Apostila I - CEESVO Alotropia é a propriedade, que permite a alguns elementos químicos formar mais de um tipo de substância simples. 16 seres vivos, ele se encontra, a uma temperatura ambiente (25 ºC), no estado gasoso. O oxigênio está presente no Universo (1%), na Terra (30%), na Crosta Terrestre (46%) e no Corpo Humano (65%). Uma propriedade muito importante desse gás é que ele alimenta qualquer combustão (queima), por esse motivo o gás oxigênio é denominado comburente, sem oxigênio não existe combustão. Fonte: Apostila Anglo Sorocaba O gás ozônio (O3) é formado por três átomos do elemento químico oxigênio (O) formando por moléculas triatômicas. O ozônio (O3) forma uma camada na atmosfera que protege o planeta da radiação solar (forma de energia emitida, enviada pelo Sol). A figura 1, abaixo, mostra a molécula do ozônio. A temperatura ambiente, o gás ozônio (O3), de cor azul clara, apresenta um odor intenso e característico que pode ser sentido após tempestade com descargas elétricas e também próximas a equipamentos de alta voltagem. Veja a figura 2. Fonte: Apostila Anglo Sorocaba Química Apostila I - CEESVO 17 Carbono A partir do átomo de carbono (C), podemos obter o diamante, o grafite / grafita e o fulereno. O diamante é formado por quatro átomos de carbono (C), não contidos no mesmo plano, é incolor, transparente, brilhante e é um dos materiais mais duros do planeta, ou seja, tem a capacidade de riscar qualquer outra substância natural, não conduz corrente elétrica e por ser pouco abundante, é caro demais. A grafite ou grafita apresenta uma estrutura formada por anéis hexagonais contidos no mesmo plano, formando lâminas. A grafite é um material muito mole, de cor preta, opaca e pouco brilhante. Muito utilizado na fabricação de lápis, é usada também como lubrificante em pó. Possui condutividade elétrica e é muito abundante na natureza. Fonte: Apostila Anglo Sorocaba Em 1984, descobriu-se outra variedade alotrópica do carbono, chamada de fulereno, apresentam uma estrutura formada por pequenas esferas pentagonais de átomos de carbono. Essa variedade alotrópica ainda é pouco conhecida. Para não passar em “branco” existe ainda mais dois elementos químicos que apresentam a propriedade alotrópica, são eles o enxofre (S) e o fósforo (F). Fonte: Apostila Anglo Sorocaba Vamos agora retornar ao assunto das substâncias compostas. Química Apostila I - CEESVO 20 Química Apostila I - CEESVO Vamos continuar à interpretação do gráfico: • Os trechos paralelos ao eixo do tempo (patamares) mostram mudanças de estado físico, já que a temperatura permanece constante; • A fusão e a solidificação ocorrem à mesma temperatura; • A ebulição e a condensação acontecem também à mesma temperatura. Caso seja utilizado uma massa de gelo maior do que a usada na experiência, observa- mos que tudo ocorrerá da mesma forma, só que gastando mais tempo. No gráfico teremos maior intervalos representando o tempo de fusão e de ebulição. 4 - Misturas Você já ouviu a palavra mistura diversas vezes e de diversas formas, como por exemplo, a mistura de cores, raças e outras. Na Química também falamos, ou melhor, usamos a mistura. Vamos agora definir quimicamente: mistura é a união entre duas ou mais substâncias puras. 21 O ar que respiramos é uma mistura de três gases principais: • Gás nitrogênio (N2) = 78% • Gás oxigênio (O2) = 21% • Gás argônio (Ar) = 1 % Quando fazemos o soro caseiro mistu- ramos três substâncias: Água (H2O)(l) • Açúcar (C2H12O6)(s) • Sal (NaCl)(s) Fonte: Apostila do Anglo Sorocaba Atenção: os dados acima são considerados o ar seco na ausência de poluentes. Toda mistura é dividida em mistura homogênea e mistura heterogênea em função do número de fases que apresentam. Entende-se por fase cada uma das diferentes partes da matéria que se pode observar no sistema em estudo. Mistura homogênea é toda mistura que apresenta uma única fase. Química Apostila I - CEESVO Como exemplo de mistura homogênea podemos citar o soro caseiro, uma mistura de água, açúcar e sal. Veja ao lado. Toda s a s m i s t u r a s homogêneas são chamadas de soluções. Fonte: Apostila do Anglo Sorocaba As letras entre parênteses ao lado da molécula que podem ser (s), (l), e (g) são sólido, líquido e gasoso, respectiva- mente 22 Acompanhe comigo alguns exemplos de soluções (mistura homogênea): água de torneira, vinagre, ar, gasolina, álcool, soro fisiológico, ligas metálicas e outros. Toda mistura de gases são sempre misturas homogêneas. A água é chamada de solvente universal, pois ela dissolve a maioria das substâncias. 5 - Transformações da Matéria: Fenômenos Físicos e Fenômenos Quími- cos Você já sabe que a Química é a ciência que estuda a transformação (fenômenos) da matéria. Em Química existem dois fenômenos distintos, são eles: fenômeno físico e fenôme- no químico. Solução é toda mistura homogênea, que é dividida em solvente e soluto. Solvente é o que dissolve. Soluto é o que é dissolvido. Mistura heterogênea é toda mistura que apresenta duas ou mais fases. Acompanhe comigo alguns exemplos de misturas heterogêneas: sangue, leite, água com bolhas de gás. Você deve estar se perguntando!!! Sangue e leite, misturas heterogêneas? Como isso? Isso se deve ao fato de que misturas heterogêneas não se restringem apenas a simples percepção a olho nu, mas também a utilização de aparelhos ópticos comuns é o caso do microscópio. Fonte: Apostila do Anglo Sorocaba Química Apostila I - CEESVO