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QUÍMICA BÁSICA – TRANSFORMAÇÕES

Dentre as Ciências da Natureza, a Química é aquela que estuda a matéria no que diz respeito à sua composição e às transformações que ocorrem. Um número imenso dessas transformações ocorre no dia-a-dia. Muitas delas ocorrem naturalmente, isto é, sem que o homem interfira. Por exemplo, o amadurecimento de uma fruta, a decomposição de um organismo morto, a digestão dos alimentos etc. Outras transformações, porém, só acontecem devido à interferência do homem. Por exemplo, a queima da gasolina, a produção de tintas, a produção do aço etc.

Contudo, todas as transformações que modificam a natureza da matéria, independentemente de serem naturais ou de serem controladas pelo homem, são por definição processos químicos.

O objetivo de todo químico é entender exatamente como as transformações ocorrem, conhecer os princípios básicos que regem essas transformações para poder prever quando uma transformação é possível ou não e quando sua reprodução em grande escala é viável.

MATÉRIA E ENERGIA

Matéria

Matéria é tudo o que tem massa e ocupa um lugar no espaço, ou seja, possui volume. Ex.: madeira, ferro, ouro, ar etc.

Propriedades da matéria

Propriedades são características que definem a espécie de matéria. Podem ser divididas em três grupos: gerais, funcionais e específicas.

1. Propriedades gerais - São as propriedades inerentes a qualquer espécie de matéria.

Por exemplo:

Massa: é a grandeza que se usa como medida da quantidade de matéria de um corpo ou objeto. Extensão: espaço que a matéria ocupa, ou seja, seu volume. Impenetrabilidade: é o fato de que duas porções de matéria não podem, ao mesmo tempo, ocupar o mesmo lugar no espaço.Divisibilidade: toda matéria pode ser dividida sem alterar a sua constituição (até um certo limite).Compressibilidade: o volume ocupado por uma porção de matéria pode diminuir sob a ação de forças externas.Elasticidade: se a ação de uma força causar deformação na matéria, dentro de um certo limite, ela poderá retornar à forma original.

2. Propriedades funcionais - São propriedades comuns a determinados grupos de matéria, identificadas pela função que desempenham. A Química se preocupa particularmente com essas propriedades. Por exemplo, a acidez, a basicidade, a salinidade de algumas espécies de matéria.

3. Propriedades específicas - São propriedades inerentes a cada tipo particular de matéria. Elas podem ser:

Organolépticas: são aquelas capazes de impressionar os sentidos, como a cor, que impressiona a visão, o sabor e o odor, que impressionam o paladar e o olfato respectivamente, e a fase de agregação da matéria, que pode ser sólida (pó, pasta), líquida ou gasosa e que impressiona o tato. Químicas: são propriedades responsáveis pelos tipos de transformação que cada matéria é capaz de sofrer. Por exemplo, o vinho pode se transformar em vinagre; o ferro pode se transformar em aço.

Físicas: são certos valores constantes, encontrados experimentalmente, para o comportamento de cada tipo de matéria, quando submetida a determinadas condições, as quais não alteram a constituição da matéria, por mais adversas que sejam. Por exemplo: o ponto de ebulição (sob uma pressão de 1 atmosfera, à temperatura de 100°C a água sempre passa de líquida para gasosa), a densidade, o calor específico etc.

Propriedades físicas: Propriedades intensivas e propriedades extensivas.

  • As propriedades físicas intensivas não dependem da quantidade de substância presente.

    • Exemplos: densidade, temperatura e ponto de fusão.

  • As propriedades físicas extensivas dependem da quantidade de substância presente.

    • Exemplos: massa, volume e pressão.

CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA: Misturas e Substâncias puras

Misturas: Dois ou mais tipos de matéria (Misturas homogêneas, também chamadas de soluções, e Misturas heterogêneas). Apresentam propriedades físicas e químicas diferentes. Os componentes são separados através de processos físicos: filtração, destilação, evaporação, decantação etc.

Substâncias Puras: Substâncias simples (átomos de um mesmo elemento) e Substâncias compostas (átomos de elementos diferentes). Possuem propriedades físicas e químicas bem definidas.

Separação de misturas

  • As misturas podem ser separadas se suas propriedades físicas são diferentes.

  • Os sólidos podem ser separados dos líquidos através de filtração.

  • O sólido é coletado em papel de filtro, e a solução, chamada de filtrado, passa pelo papel de filtro e é coletada em um frasco.

  • As misturas homogêneas de líquidos podem ser separadas através de destilação.

  • A destilação necessita que os diferentes líquidos tenham pontos de ebulição diferentes.

  • Basicamente, cada componente da mistura é fervido e coletado.

  • A fração com ponto de ebulição mais baixo é coletada primeiro.

UNIDADES DE MEDIDAS

Unidades SI

  • Existem dois tipos de unidades:

    • Unidades fundamentais (ou básicas);

    • Unidades derivadas.

  • Existem 7 unidades básicas no sistema SI.

Unidades SI

  • Observe que a unidade SI para comprimento é o metro (m), enquanto a unidade SI para massa é o quilograma (kg).

    • 1 kg tem 2,2046 lb.

Temperatura

Existem três escalas de temperatura:

  • Escala Kelvin

    • Usada em ciência.

    • Mesmo incremento de temperatura como escala Celsius.

    • A menor temperatura possível (zero absoluto) é o zero Kelvin.

    • 273,15Zero absoluto: 0 K = oC.

Temperatura

  • Escala Celsius

    • Também utilizada em ciência.

    • A água congela a 0 oC e entra em ebulição a 100 oC.

    • Para converter: K = oC + 273,15.

  • Escala Fahrenheit

    • Geralmente não é utilizada em ciência.

    • A água congela a 32 oF e entra em ebulição a 212 oF.

    • Para converter:

  • As unidades de volume são dadas por (unidades de comprimento)3.

    • A unidade SI de volume

é o 1 m3.

  • Normalmente usamos 1 mL = 1 cm3.

  • Outras unidades de volume:

    • 1 L = 1 dm3 = 1000 cm3 = 1000 mL.

LEIS DA CONSERVAÇÃO DA MASSA E DAS PROPORÇÕES DEFINIDAS

Lei da conservação da massa (Lavoisier): Numa reação química, nenhuma quantidade de massa é criada ou destruída.

Lei das proporções definidas: Em uma substância química pura, os elementos estão sempre presentes em proporções mássicas definidas. Ex.: Na água, a relação mássica entre hidrogênio e oxigênio é de 1/8.

A PARTÍCULA FUNDAMENTAL DA MATÉRIA: O Átomo e sua composição

Teoria Atômica de Dalton

Os filósofos gregos Leucipo e Demócritos, cerca de 400 a 500 a.C, já propunham que a matéria não poderia ser infinitamente dividida em partes cada vez menores. Ao final deveria chegar-se a um determinado limite.

Em 1803, o cientista inglês John Dalton, baseado em uma série de leis experimentais das transformações químicas apresentou os seguintes postulados:

  1. A matéria é composta de partículas indivisíveis chamadas de átomos.

  2. Todos os átomos de um mesmo elemento têm as mesmas propriedades (por exemplo, tamanho, forma e massa), as quais diferem das propriedades de todos os átomos dos outros elementos.

  3. Uma reação química consiste, simplesmente, num rearranjo dos átomos de um conjunto de combinações para outro. Entretanto, os átomos individuais permanecem intactos.

Massa e carga das partículas fundamentais: Prótons, elétrons e nêutrons.

Para se medir a massa de coisas tão pequenas como o átomo e as partículas que o compõem, usa-se como padrão o u, unidade de massa atômica, de acordo com o Sistema Internacional de unidades.

O u (unidade de massa atômica) corresponde a 1,66057 x 10-24 g

A massa das partículas fundamentais, em repouso, é a seguinte: próton = 1,00728 u, nêutron = 1,00866 u e elétron = 5,48579 x10-4 u.

Exercício: Transformar as massas do próton, elétron e nêutron de u para g.

Se comparar essas massas entre si, ver-se-á que a massa do nêutron é quase igual á massa do próton, enquanto o elétron tem massa igual a 1.836 vezes menor que a massa do próton. Praticamente toda a massa do átomo está contida no núcleo.

A carga elétrica do elétron foi determinada experimentalmente em 1908 por Robert A. Millikan e é igual a -1,602189 x10-19 coulomb, o que equivale a uma unidade elementar de carga (1 uec). A carga do próton é igual à do elétron, só que de sinal contrário (o sinal das cargas é uma convenção).

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