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Química

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. 2


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Química

Capítulo 1 Introdução à Química: Química e sua História.

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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 regiões mais frias as noites passaram a ser mais quentes (devido ao calor liberado pela combustão). 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. Os recipientes de barro (argila) tiveram transformação ao serem levados ao fogo, adquirindo uma resistência em sua superfície, 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: www.google.com

Fonte: Alquimistas Químicos o passado, o presente e o futuro; pág.12; ed. Moderna. 4


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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 conhecimento 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.

Armas com ligas metálicas

Lascas de Ferro

Ligas metálicas

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.

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. 5


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Capítulo 2 Matéria e Energia: Noções fundamentais da Química.

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1 - Matéria e Energia Desde a fecundação do óvulo pelo espermatozóide estamos em contato com vários tipos de matéria como o ar que respiramos e até o nosso próprio corpo. Em toda matéria existe energia, seja ela através do calor, frio, luz e eletricidade. A matéria e a energia caminham juntas, pois se não existisse matéria não existiria energia e, não existindo energia não teríamos a matéria. A matéria é formada por pequeníssimas partículas que chamamos de átomos; essas partículas podem se unir e formar o que chamamos de moléculas. A maioria da matéria pode se transformar em outras matérias, e até mesmo em energia cinética (energia de movimento). Pense no seu corpo, em que a energia gerada através dos alimentos, é transformada em movimentos, que por sua vez recarrega a nossa “bateria”.

1.1 - Matéria Matéria é tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço.

Espaço

Caixa de Papelão

Balão

Fonte: www.google.com

Você já sabe que a matéria é constituída de massa. Ela expressa a quantidade de matéria; pode ser medida entre outras formas, em quilograma, grama, miligrama e outros. Observe a tabela abaixo: Unidade de Medida Quilograma Grama Miligrama

Representação kg g mg 7

Relação 1 kg = 1000 g 1 g = 1000 mg 1 mg = 0,001 g


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Química 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 abaixo.

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:

Onde: d é a densidade, m é a massa, V é o volume

m d = ------V

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.

1.2 - Corpo Corpo é qualquer porção limitada da matéria. Veja alguns exemplos na página seguinte: 8


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Troncos de Madeira

Mármore Fonte: www.google.com

1.3 - Objeto Objeto é uma porção limitada de matéria quer por sua forma especial ou por sua (utilidade).

Veja alguns exemplos abaixo:

Mesa de Madeira

Estátua de mármore Fonte: www.google.com

1.4 - Energia Energia é a capacidade de realizar trabalho. Entende-se por trabalho o movimento da matéria contra uma força que se opõe ao 9


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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. 10


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Antes de mergulharmos mais a fundo no universo das substâncias, você terá que compreender melhor alguns conceitos usados mundialmente em Química. Você sabe ou já ouviu falar em elemento químico, molécula e fórmula química? Caso você não se recorde disso, vamos definir essas “palavrinhas”. Elemento Químico é um tipo de átomo caracterizado por um determinado número atômico. O conceito exato de elemento químico será mais detalhado em outro momento. Veja a seguir alguns exemplos de elementos e dos símbolos para identificar estes elementos.

Elemento Químico

Símbolo Químico

Oxigênio

O

Hidrogênio

H

Ferro

Fe

Molécula é o conjunto de dois ou mais átomos, sendo a menor parte da substância que mantém as suas características. As moléculas são representadas por fórmulas (conjuntos de número e símbolos). Veja a seguir alguns exemplos de molécula:

Molécula

Fórmula Molecular

Elemento Químico

Gás Oxigênio

O2

O

Água

H2O

HeO

Gás Carbônico

CO2

CeO

Sal de Cozinha

NaCl

Na e Cl 1l

Representação Molecular


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Agora eu e você voltaremos ao assunto que deixamos um pouquinho de lado, que é falar a respeito de substância. Você já ouviu falar ou sabe me dizer o que é uma substância? Caso não saiba vou explicar. Substância é uma quantidade qualquer de moléculas iguais ou diferentes. Veja o exemplo abaixo: Substância Ferro Enxofre Gás Carbônico Flúor

Fórmula Fe

Elemento Químico Fe

S2

SeS

CO2

CeO

F2

FeF

Molécula

2.1 - Tipos de Substâncias Químicas Caro aluno, você tem conhecimento de que temos dois tipos de substâncias puras? Caso você não saiba, vou lhe apresentar: substâncias simples e substâncias compostas. Substância pura é qualquer tipo de matéria formada por unidades químicas iguais, sejam átomos, moléculas, e que por esse motivo, apresentam propriedades químicas e físicas próprias.

Composição molecular da água (H2O) Ponto de Ebulição (P.E.) a 1 atm = 100 ºC Ponto de Fusão (P.F.) a 1 atm = 0 ºC Densidade d (a 1 atm e 4 ºC) = 1g/mL

Incolor, inodora, insípida. Fonte: Apostila Anglo Sorocaba 12


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De acordo com a constituição de suas unidades, as substâncias (puras) podem ser classificadas como substâncias simples ou compostas. Substância simples é formada por átomos de um único elemento químico. 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? Alotropia é a propriedade, que permite a alguns elementos químicos formar mais de um tipo de substância simples. 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 13


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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 14


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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. 15


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Substância composta é formada por dois ou mais tipos de elementos químicos. Como mostra a figura ao lado.

3 - Estados físicos da matéria A matéria pode ser encontrada em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

Fonte: www.google.com

3.1 - Ponto de fusão e ponto de ebulição Ponto de fusão (P.F.): É a temperatura constante na qual um sólido se transforma em líquido.

Ponto de ebulição (P.E.): É a temperatura constante na qual um líquido se transforma em vapor. 16


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Observe o gráfico:

Vamos juntos agora interpretar o gráfico: • No intervalo de tempo em que ocorre a fusão da substância (água), coexistem a fase sólida e a fase líquida, e a temperatura permanece constante; • Ao atingir a temperatura de 100 0C (a 1 atm - pressão atmosférica), a água líquida começa a ferver (líquido-vapor) e, durante todo o tempo em que ocorre essa mudança de estado, a temperatura permanece constante até que todo o líquido se transforme em vapor (nesse intervalo de tempo, coexistente a fase líquida e a fase vapor); • Conhecidos os pontos de fusão e de ebulição de uma substância, é possível prever seu estado físico em qualquer temperatura. Se a temperatura dessa substância estiver abaixo do seu ponto de fusão, ela se encontrará no estado sólido; se estiver acima do seu ponto de ebulição, estará no estado gasoso; se estiver compreendida entre o ponto de fusão e o ponto de ebulição, estará no estado líquido. 17


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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, observamos 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. l8


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O ar que respiramos é uma mistura de três gases principais: • Gás nitrogênio (N2) = 78% • Gás oxigênio (O2) = 21% • Gás argônio (Ar) = 1 % Atenção: os dados acima são considerados o ar seco na ausência de poluentes.

Quando fazemos o soro caseiro misturamos três substâncias: Água (H2O)(l) • Açúcar (C2H12O6)(s) • Sal (NaCl)(s)

As letras entre parênteses ao lado da molécula que podem ser (s), (l), e (g) são sólido, líquido e gasoso, respectivamente

Fonte: Apostila do Anglo Sorocaba

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.

Como exemplo de mistura homogênea podemos citar o soro caseiro, uma mistura de água, açúcar e sal. Veja ao lado. Todas as misturas homogêneas são chamadas de soluções. Fonte: Apostila do Anglo Sorocaba l9


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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. Solução é toda mistura homogênea, que é dividida em solvente e soluto. Solvente é o que dissolve. Soluto é o que é dissolvido.

A água é chamada de solvente universal, pois ela dissolve a maioria das substâncias.

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

5 - Transformações da Matéria: Fenômenos Físicos e Fenômenos Químicos 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 fenômeno químico. 20


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Química Atualmente estamos ouvindo muito a respeito do efeito estufa (aquecimento global da Terra), isso é um típico fenômeno físico e químico. Você pode estar se perguntando o porquê, aí vai a resposta. As geleiras existentes na Terra nada mais são que água no estado sólido e com o aquecimento da Terra as geleiras estão se dissolvendo, isto é, elas estão passando do estado sólido para o estado líquido. Essa é a principal característica de um fenômeno físico, no qual não ocorre a destruição de uma substância ou formação de novas substâncias. Podemos definir: Fenômeno Físico é aquele que não altera a estrutura das substâncias. Veja alguns exemplos abaixo:

Arco - Íris

Cubo de gelo derretendo

Pneu furado

Fonte: www.google.com

Você sabe dizer por que está acontecendo o aquecimento global? Vamos agora falar sobre o assunto efeito estufa, preste atenção, vamos lá.

A camada de ozônio A camada de ozônio é uma região da atmosfera terrestre, em torno de 25 a 30 km de altura, onde a concentração do gás Ozônio é maior e é ela que absorve a radiação UV-B do Sol, e assim não permite que esta radiação, prejudicial à vida, chegue até a superfície da Terra. Radiação, em geral, é a energia que vem do Sol. Essa energia é distribuída em vários comprimentos de onda: desde o infra-vermelho até o ultra-violeta (UV), passando pelo visível, onde a energia é máxima. Na parte do UV, existe o UV-C, que é totalmente absorvido na atmosfera terrestre; o UV-A, que não é absorvido pela atmosfera; e o UV-B, que é absorvido pela Camada de Ozônio, sendo esta, um filtro a favor da vida. Sem ela, os raios ultravioleta aniquilariam todas as formas de vida no planeta. 2l


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Química Destruição da camada de ozônio Com o uso freqüente de clorofluorcarbono, conhecidos como CFC, o homem está destruindo a camada de ozônio. Este fenômeno contribui para o aumento da radiação ultravioleta que chega à superfície terrestre. Os CFCs são largamente utilizados porque não são tóxicos, nem inflamáveis e são muito estáveis, além de ter um bom comportamento como gás de refrigeração e gás expelente de aerosóis (desodorantes, inseticidas). O CFC sobe lentamente para as zonas superiores além da camada de ozônio, onde, por ação dos raios ultravioleta, rompe-se, desprendendo cloro. Esse cloro, mais denso que o ar daquelas alturas, cai e, ao passar pela camada de ozônio, reage com ele produzindo óxidos de cloro e oxigênio, que posteriormente se decompõem. Outros gases que destroem a camada de ozônio são o tetracloreto de carbono (CCl4), utilizado como solvente, e o metilclorofórmio, também solvente, usado na produção de colas e etiquetadores. Esses gases reagem com o gás ozônio (O3), que existe na atmosfera da terra, ou seja, ocorre uma transformação de novas substâncias. Podemos definir: Fenômeno químico é aquele que altera a estrutura das substâncias. Veja alguns exemplos abaixo:

A queima do cigarro

A ferrugem no ferro

O amadurecimento e o apodrecimento da fruta.

A digestão dos alimentos no estômago

Fonte: www.google.com

5.1 - Reações Químicas Você agora já sabe o que é uma reação química. Vamos recordar? Reação Química ou Fenômeno Químico é quando duas ou mais substâncias químicas em contato se transformam, dando origem a novas substâncias, diferentes das substâncias iniciais. 22


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Observe como é representada uma reação química:

A

+

B

reagente

C produto

Você acabou de conhecer uma reação química. Toda reação química é dividida em reagente (antes da flecha), e o produto (depois da flecha). As substâncias A e B são os reagentes e a substância C é o produto. Veja a reação química da água, ela é formada pelos reagentes: gás hidrogênio (H2) e gás oxigênio (O2) formando o produto água (H2O).

2H2(g)

+

O2(g)

2H2O(l)

reagente

produto

A ferrugem do ferro (Fe2O3) também é uma reação química, onde o óxido de ferro (FeO2) e o gás oxigênio (O2) são os reagentes e o trióxido de ferro é o produto. Veja a reação abaixo:

2FeO(s)

+

1/2 O2(g)

reagente

Fe2O3(s) produto

5.2 - Leis Ponderais No final do século XVIII a Química se firma como “Ciência”, principalmente devido aos experimentos e observações de cientistas famosos, como Lavoisier, Proust e Dalton. Esses experimentos foram realizados com base nas observações das massas das substâncias que participavam dos fenômenos químicos, daí o nome Leis Ponderais. Você sabe o que é ponderar????? Ponderar significa: observar, pensar.

5.2.1 - Lei de Lavoisier ou Lei de Conservação da Matéria (1774) O químico francês Antoine Laurent Lavoisier efetuou diversas experiências relativas 23


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ao processo de combustão (queima), os quais foram cuidadosamente elaborados. Ele observou que se as massas de todas as substâncias químicas envolvidas numa reação química fossem consideradas, no balanço final, não haveria perda ou ganho de massa. Vamos agora analisar um dos seus experimentos. Lavoisier colocou dentro de um recipiente de vidro fechado 2,38 g de óxido vermelho de mercúrio, que foi desaparecendo (se transformando) por completo e ao mesmo tempo surgiu o metal mercúrio com massa de 2,19 g e um gás recolhido e pesado com massa 0,19 g. Esse gás foi denominado por Lavoisier de gás oxigênio. Observe o esquema escrito acima : óxido vermelho de mercúrio

mercúrio

+

gás oxígênio

aquecimento

2,38 g

2,19 g

0,19 g

O óxido de mercúrio com massa total inicial de 2,38 g após a reação química (transformação), obteve uma massa de 2,19 g do metal mercúrio mais 0,19 g de gás oxigênio com uma massa final total de 2,38 g. Dada a observação e análise de Lavoisier, foi enunciada a Lei de Lavoisier ou Lei de Conservação da Matéria. “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”.

5.2.2 - Lei de Proust ou Lei das Proporções Definidas (1797) Joseph Louis Proust a fim de determinar a composição das substâncias, realizou vários experimentos. Vamos agora analisar um dos seus experimentos. Proust utilizou amostras de água de várias procedências (por exemplo: água de um rio, água de uma lagoa, água da chuva, etc.), e purificou-as. Efetuou a decomposição das amostras pelo processo de eletrólise (decomposição pela eletricidade) e obteve gás hidrogênio e gás oxigênio. Pesando todas as substâncias obteve os resultados da tabela a seguir:

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Experiência

Massa Purificada da água

=

18 g

=

Massa do Hidrogênio (H2) 2g

+

Massa do Oxigênio (O2) 16 g

36 g

=

4g

+

32 g

3ª 4ª

72 g 90 g

= =

8g 10 g

+ +

64 g 80 g

+

Comparando-se a proporção entre as massa do hidrogênio (H2) e as massas do oxigênio para cada experiência, temos:

Concluiu-se que: qualquer que seja a origem da água (desde que purificada) é sempre formada por hidrogênio (H2) e oxigênio (O2), cujas massas estão combinadas na proporção de 1 : 8 (de 1 para 8). Realizando outras experiências e analisando-as, Proust generalizou enunciando a Lei das Proporções Constantes: “Uma substância pura, qualquer que seja sua origem, é sempre formada pela mesma composição em massa”.

A partir disso Proust concluiu que: “A proporção das massas é sempre constante”.

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Capítulo 3 Processos de separação de misturas: Mistura homogênea e mistura heterogênea.

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1 - Processo de Separação de Misturas Você sabia que separar os componentes de uma mistura é um dos problemas que geralmente um químico encontra. A escolha do processo de separação é feita de acordo com a mistura a ser separada (homogênea ou heterogênea) e do estado físico de seus componentes. Leia atentamente o texto abaixo:

Estação de tratamento de água (ETA) A qualidade da água consumida é importante para a manutenção da saúde. A cada dia, mais e mais esgoto, lixo e resíduos industriais são jogados nos rios, de onde provém a água que milhões de pessoas consumirão. Com isso, aumentam os riscos de transmissão de inúmeras doenças (como cólera e disenteria ) e de contaminação por substâncias poluentes. Para atender a necessidade da água com boa qualidade, o poder público deve montar instalações de grande porte especializadas na purificação da água para o consumo humano. São as estações de tratamento de água (ETA), onde a água é submetida a vários processos de separação de misturas que iremos estudar.

Fonte: www.google.com 27


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Inicialmente a água é misturada com sulfato de alumínio e levada para o tanque de floculação, onde, depois de ser oxigenada por agitação, formam-se os flóculos que se aglutinam em partículas maiores de sujeira. Essa sujeira passa para o tanque de decantação, onde fica por algum tempo em repouso, até que se deposite no fundo. Ao sair dos tanques de decantação, a água passa por um filtro de areia com várias camadas: cascalho grosso, cascalho fino, areia grossa e areia fina. Essa filtração retira todas as partículas sólidas, deixando a água quase limpa. Nesse ponto, resta ainda eliminar os micróbios perigosos à saúde. Isso é conseguido com a cloração. Depois, a água já se encontra em condições de ser distribuída pelos reservatórios. Em algumas cidades costuma-se acrescentar flúor à água já tratada, para proteger os dentes da cárie. Texto tirado do livro Ciências / Ayrton e Sariego / Química e Física.

No texto “Estação de tratamento de água” você se deparou com algumas palavras: floculação, decantação, filtração, isto é, alguns processos de separação de misturas. Floculação Floculação é o processo onde a água recebe uma substância química chamada de sulfato de alumínio. Este produto faz com que as impurezas se aglutinem formando flocos para serem facilmente removidos.

Decantação Na decantação, como os flocos de sujeira são mais pesados do que a água, caem e se depositam no fundo do decantador.

Filtração Nesta fase, a água passa por várias camadas filtrantes onde ocorre a retenção dos flocos menores que não ficaram na decantação. A água então fica livre das impurezas.

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Química

Cloração consiste na adição de cloro. Este produto é usado para destruição de microorganismos presentes na água. Fluoretação é uma etapa adicional. O produto aplicado tem a função de colaborar para redução da incidência da cárie dentária. Cada estação de tratamento de água (ETA) possui um laboratório que processa análises e exames físico-químicos e bacteriológicos destinados à avaliação da qualidade da água desde o manancial até o sistema de distribuição. Além disso, existe um laboratório central que faz a aferição de todos os sistemas e também realiza exames especiais como: identificação de resíduos de pesticidas, metais pesados e plâncton. Esses exames são feitos na água bruta, durante o tratamento e em pontos da rede de distribuição, de acordo com o que estabelece a legislação em vigor. Bombeamento Concluindo o tratamento, a água é armazenada em reservatórios quando então, através de canalizações, segue até as residências.

A seguir acompanhe comigo outros tipos de separação de misturas: Filtração é o processo utilizado em misturas heterogêneas, esse processo é muito utilizado para separar sólido e líquido ou sólido e gás. Esse processo consiste em fazer a mistura passar através de um material poroso (papel filtro, pano, algodão), onde a parte líquida atravessa o material poroso, enquanto que a parte sólida fica retida. Este processo é muito utilizado no nosso dia-a-dia na preparação do café ou chá. A filtração também é usada nos aspiradores de pó, nos quais o ar (gás) passa e a poeira (sólido) fica retida no filtro que se encontra no interior do aparelho.

Fonte: Apostila Anglo Sorocaba

Fonte: www.google.com 29


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Química

Peneiração é o processo utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em separar dois sólidos com tamanhos diferentes. O processo consiste em utilizar peneiras de diferentes granulometria (tamanhos) para separar substâncias de diferentes tamanhos. Este processo é usado na peneiração da areia, que é utilizada em construção que tem como objetivo deixar a areia mais “fininha”. Catação é o processo de separação utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em separar manualmente os componentes da mistura. É muito usado na hora de “escolher” o feijão antes de ser preparado, separar o dinheiro em forma de moedas, a partir do seu tamanho e valor. Ventilação é o processo de separação utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em passar pela mistura uma corrente de ar e esta arrasta o mais leve. Podemos citar um exemplo caseiro, quando torramos amendoim em casa e queremos eliminar as casquinhas (película vermelha), primeiro esfregamos e depois assopramos. Essa técnica também é usada no arroz para separar o grão da casca de proteção. Separação magnética é o processo de separação utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em passar pela mistura um ímã. Se um dos componentes possuir propriedades magnéticas, será atraído pelo ímã. Como mostra a figura ao lado. Fonte: www.google.com

Evaporação é o processo de separação utilizado em misturas heterogêneas, que consiste em separar um líquido de um sólido, através do aquecimento do líquido, onde o mesmo muda para o estado gasoso, assim ficando apenas o sólido. Esse processo ocorre na preparação do arroz e é também usado para retirar o sal da água do mar, que é colocada em tanques expostos ao sol. A água evapora deixando o sal sólido ao final. Veja ao lado o Ciclo da água, que é um processo de separação natural.

Fonte: www.google.com 30


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Química

Destilação simples é o processo utilizado em misturas homogêneas que contém soluções sólido-líquido (onde o sólido é dissolvido no líquido). Esse tipo de destilação é usado com a finalidade de obter um líquido puro. Na destilação, a solução (mistura homogênea) é colocada em um balão e é aquecido até o líquido entrar em ebulição (ferver). O sólido que estava no balão dissolvido permanece no balão, enquanto que o líquido evapora passando por um condensador (geralmente com água fria que resfria o vapor), fazendo o vapor voltar para o estado líquido. Este líquido resultante, agora puro, pode ser recolhido em outro frasco. Esse tipo de destilação é usado para separar substâncias com ponto de ebulição bem diferente. A natureza faz a destilação da água ao longo do ciclo hidrológico. Mas a chuva não é água pura porque, ao cair, incorpora impurezas da atmosfera. Tanto Fonte: Apostila Anglo Sorocaba que se costuma dizer que a chuva “lava” o ar, livrando-se dos poluentes atmosféricos. Destilação Fracionada: é usada na separação de misturas homogêneas quando os componentes da mistura são líquidos. A destilação fracionada é baseada nos diferentes pontos de ebulição dos componentes da mistura. A técnica e a aparelhagem utilizada na destilação fracionada é a mesma utilizada na destilação simples, apenas deve ser colocado um termômetro no balão de destilação, para que se possa saber o término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição. O término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição ocorrerá quando a temperatura voltar a se elevar rapidamente.

Fonte: Apostila Anglo Sorocaba 3l


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Química

A destilação fracionada é utilizada na separação dos componentes do petróleo. O petróleo é uma substância oleosa, menos densa que a água, formado por uma mistura de substâncias. O petróleo bruto é extraído do subsolo da crosta terrestre e pode estar misturado com água salgada, areia e argila. Por decantação separa-se a água salgada, por filtração a areia e a argila. Após este tratamento, o petróleo, é submetido a um fracionamento para separação de seus componentes, por destilação fracionada. As principais frações obtidas na destilação do petróleo são: fração gasosa, na qual se encontra o gás de cozinha; fração da gasolina e da benzina; fração do óleo diesel e óleos lubrificantes, e resíduos como a vaselina, asfalto e piche. A destilação fracionada também é utilizada na separação dos componentes de uma mistura gasosa. Primeiro, a mistura gasosa deve ser liquefeita (tornar líquido) através da diminuição da temperatura e aumento da pressão. Após a liquefação, submete-se a mistura a uma destilação fracionada: o gás de menor ponto de ebulição volta para o estado gasoso. Esse processo é utilizado para separação do oxigênio do ar atmosférico, que é constituído de aproximadamente 79% de nitrogênio, 20% de oxigênio e 1% de outros gases. No caso desta mistura o gás de menor ponto de ebulição é o nitrogênio.

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Química

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Capítulo 4 Atomística: O estudo da evolução do átomo.

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A EvoIução dos Modelos Atômicos Os conceitos e modelos atômicos mais recentes que estudaremos hoje é resultado de cinco séculos antes de Cristo, em que os filósofos gregos já dialogavam a respeito da matéria. Eles introduziram o conceito de átomo. Segundo Demócrito (546 - 460 a.C.), qualquer material submetido a sucessivas divisões acabaria chegando em algo indivisível e essa pequeníssima partícula foi denominada átomo (palavra de origem grega que significa a = não e tomo = dividido, ou seja, não pode ser dividido). Desde os gregos até os dias atuais o conceito sobre o átomo vem evoluindo conforme novas descobertas. Então, o modelo atômico no início do século XIX era muito semelhante ao dos gregos, porém o modelo atômico proposto por Dalton (também conhecido como Teoria Atômica de Dalton.

Em 1808, John Dalton, cientista inglês, apresentou sua teoria, seu modelo de átomo. Segundo ele, o átomo é uma partícula indivisível e indestrutível. Para Dalton os materiais são formados pela combinação de diferentes átomos. O cientista inglês, Willian Crookes, ao usar ampolas (tubos) contendo gás, observou que descargas elétricas saíam da extremidade negativa Modelo atômico: e “caminhavam” para a extremidade positiva da ampola. Esses raios luEsfera maciça minosos (descargas elétricas) foram denominados de raios catódicos. Em 1898, Joseph John Thomson, cientista inglês, ao realizar expeModelo: “Descrição de situação com as quais dificil- riências com as ampolas de Crookes, fez importantes descobertas. Ele mente interagiremos, e das observou que os raios catódicos eram constituídos de partículas negaquais conhecemos apenas tivas menores que o átomo, que foram denominadas elétrons. os efeitos.” (Chassot, 2003, As observações feitas por Thomson, ânodo p.252) e outras como a eletrização por atrito, cátodo permitiram que ele elaborasse um modelo para o átomo, pois estava comprovado que o átomo não era indivisível como os gregos pensavam. Thomson sugeriu que os elétrons, cargas negativas, estariam incrustados na superfície de uma esfera de carga positiva, como ameixas em um pudim. E, também, a carga elétrica total de um átomo seria nula, pois o número de cargas positivas seria igual ao de cargas negativas. Esse modelo ficou consagrado como o modelo atômico de Thomson. O modelo atômico de Thomson representava um grande avanço, pois identificava o elétron como partícula constituinModelo atômico: te do átomo. Pudim com passas

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O físico Ernest Rutherford, alguns anos mais tarde, ao trabalhar com a radiatividade (fenômeno descoberto por Henry Becquerel e desenvolvido pelo casal Marie e Pierre Curie), fez sua maior descoberta. Rutherford realizou experimentos com uma pequena amostra do elemento químico polônio (material radioativo emissor de partículas alfa). Esse material foi colocado dentro de uma caixa de chumbo com um pequeno orifício, tendo à sua frente uma finíssima folha de ouro, envolvida por uma placa de material fluorescente (material com capacidade de brilhar quando exposto a raios luminosos), como mostra o desenho ao lado. Assim, Rutherford, ao colocar a folha de ouro entre a placa de material fluorescente e a caixa fonte de partículas alfa com o material radioativo, esperava que a folha partículas alfa de ouro bloqueasse a passagem da radiação (luz) de partícula alfa, positiva. Porém, para surpresa de Rutherford, a luz (eram partículas do átomo de hélio duplamente ionizado) apareceu do outro lado da folha de ouro. Isto é, a partícula alFolha de ouro fa, “luz”, atravessou a folha de ouro como se ela não existisse. Ele, também, observou que outras anteparo partículas, em menor número, não passavam pela folha de ouro e então voltavam e, outras, ainda, passavam e sofriam desvio. A partir dessas observações, Rutherford sugeriu que as partículas alfa que conseguiam atravessar a folha de ouro e não sofriam desvio, provavelmente, passavam por algum lugar vazio; as partículas que sofriam desvio depois de atravessarem a placa, batiam em “algo” que estaria bloqueando a sua passagem. E sugeriu, ainda, que a carga elétrica desse “algo” deveria ser positiva tal como a carga da partícula alfa. O modelo atômico de Rutherford seria formado por uma região central denominada de núcleo, contendo os prótons com carga positiva e partículas sem carga - os nêutrons - que dariam estabilidade ao núcleo e por uma região ao redor do centro, a eletrosfera, formada por partículas de cargas negativas, denominadas de elétrons. O modelo atômico de Rutherford ficou famoso com o nome de Modelo Planetário, uma vez que nele o átomo se assemelha ao Sistema Solar. Os elétrons giram ao redor do núcleo como os planetas giram ao redor do Sol, em órbitas fixas ou trajetórias fixas. Modelo atômico: Planetário

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partículas alfa espalhadas


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Qu铆mica

Cap铆tulo 5 Tabela Peri贸dica: O Estudo da Tabela Peri贸dica.

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Química 1 – Histórico O ponto de partida para criação da tabela periódica foi a descoberta individual dos elementos químicos. Embora os elementos tais como ouro (Au), prata (Ag), estanho (Sn), cobre (Cu), chumbo (Pb) e mercúrio (Hg) fossem conhecidos desde a antiguidade, a primeira descoberta científica de um elemento ocorreu somente em 1669, quando o alquimista Henning Brand descobriu o fósforo (P). Durante os 200 anos seguintes, um grande volume de conhecimento relativo às propriedades dos elementos e seus compostos foi sendo adquirido pelos químicos e, com o aumento do número de elementos descobertos, os cientistas iniciaram a investigação de como reconhecer as propriedades e desenvolver esquemas de classificação. A primeira classificação foi a divisão dos elementos em metais e não-metais. Isso possibilitou a antecipação das propriedades de outros elementos, determinando, assim, se seriam ou não metálicos, o que não representava grande coisa na realidade. A lista de elementos químicos que tinham suas massas atômicas conhecidas foi preparada por John Dalton no início do século XIX, mas muitas das massas atômicas adotadas por Dalton estavam longe dos valores atuais devido à ocorrência de erros. Os erros foram corrigidos por cientistas que, então, possuíam melhores e mais precisos métodos para análises – e o desenvolvimento de tabelas dos elementos e suas massas atômicas centralizaram o estudo sistemático da química. Os elementos não estavam listados em qualquer arranjo ou modelo periódico, mas simplesmente ordenados em ordem crescente de massa atômica cada um com suas propriedades e seus compostos. Os químicos, ao estudarem essa lista, concluíram que ela não estava muito clara: por exemplo, os elementos cloro (Cl), bromo (Br) e iodo (I) que possuem propriedades químicas semelhantes diferiam muito quanto às suas massas atômicas, respectivamente 17, 35 e 53, e assim ficavam muito separados. Em 1829, Johann W. Doerbereiner teve a primeira idéia, com sucesso parcial, de agrupar os elementos de três em três formando as “tríades”; as quais também estavam separadas pelas massas atômicas, mas com propriedades químicas muito semelhantes. A massa atômica do elemento central da tríade era, supostamente, a média das massas atômicas do primeiro e terceiros membros. Lamentavelmente, muitos dos metais não podiam ser agrupados em tríades. Um segundo modelo foi sugerido em 1864 por John A. R. Newlands, um professor de química no City College em Londres. Sugeria-o que os elementos fossem arranjados num modelo periódico de oitavas, ou grupos de oito na ordem crescente de suas massas atômicas. Este modelo, embora agrupasse elementos como o lítio, sódio e potássio não atendiam ao grupo dos elementos cloro, bromo e iodo, ou dos metais comuns como o ferro e o cobre. A idéia de Newlands foi ridicularizada pela analogia com os sete intervalos da escala musical e ele teve recusada a publicação do seu trabalho periódico sobre a periodicidade de metais. Nenhuma regra numérica foi encontrada para que se pudesse relacionar, de uma forma consistente, elementos químicos, suas propriedades químicas e suas massas atômicas. A base teórica segundo a qual os elementos químicos estão, 37


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Química arranjados atualmente – número atômico e teoria quântica – era completamente desconhecida naquela época. A organização da tabela periódica foi desenvolvida não teoricamente, mas com base na observação química de seus compostos, por Dimitri Ivanovich Mendeleyev. Por volta de 1860 ainda se conheciam apenas pouco mais de 50 elementos químicos. O russo Dimitri Ivanovich Mendeleyev e o alemão Lothar Meyer, trabalhando independentemente, descobriram que alguns tinham propriedades químicas e físicas semelhantes. Esses elementos de propriedades semelhantes foram colocados no mesmo grupo conforme sua massa atômica. Assim, fizeram a primeira tabela periódica. Observe os seguintes elementos (hoje agrupados segundo seu número atômico, e não segundo sua massa): Elementos e Massa Atômica

Propriedades

Li (Lítio) - 3

São metais moles

Na (Sódio) - 11

Reagem violentamente com água

K (Potássio) - 19 Em 1869, enquanto escrevia seu livro de química inorgânica, Medeleyev organizou os elementos na forma da tabela periódica atual e criou uma carta para cada um dos 63 elementos conhecidos. Cada carta continha o símbolo do elemento, a massa atômica de todas as suas propriedades químicas e físicas. Colocando as cartas em uma mesa, fez um verdadeiro quebra-cabeça organizando e agrupando os elementos de propriedades semelhantes. Formou-se, então, a tabela periódica. A vantagem da tabela periódica de Mendeleyev sobre as outras é que esta exibia semelhanças como um todo e não apenas em pequenos conjuntos como as tríades. Mostraram-se semelhança numa rede de relações vertical, horizontal e diagonal. Analisando estas diversas redes, Mendeleyev chegou a prever as propriedades de elementos químicos que nem mesmo tinham sido descobertos ainda. Para que não houvesse intromissão sua nos trabalhos alheios, os supostos Mendeleyev elementos que deveriam existir com determinadas propriedades não recebiam nenhum nome; ao invés disso, ele dava os prefixos sânscritos – eka (um), dwi (dois), tri (três) e assim por diante – aos nomes dos elementos análogos inferiores. Para se ter uma idéia das previsões de Mendeleyev, a tabela abaixo relaciona algumas das propriedades previstas para o Eka - silício(Es), prognosticado em 1871, e as propriedades previstas observadas no Germânio (Ge), descoberto em 1836.

Eka - silício ( Es)

Germânio (Ge)

Peso atômico: 73 Peso específico: 5,5 Volume atômico: 13

Peso atômico: 72,6 Peso específico: 5,47 Volume atômico: 13,2 38


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Química Mendeleyev não acertou só na previsão do germânio, mas também de outros elementos ainda desconhecidos até então. Em 1906, Mendeleyev recebeu o Prêmio Nobel por este laborioso trabalho. Em 1913, o cientista britânico Henry Moseley enunciou a “Lei periódica” que diz: “As propriedades físicas e químicas dos elementos são funções periódicas de seus números atômicos”. Descobriu que o número de prótons no núcleo de um determinado átomo era sempre o mesmo e criou, então, o conceito de “número atômico”, como identidade de determinado átomo. Considerando que não existem dois elementos com o mesmo número atômico, Moseley rearranjou a tabela de acordo com o número atômico; ordenando-os em ordem crescente de número atômico. Com isto, os problemas que ainda existiam na tabela de Mendeleyev desapareceram. Devido ao trabalho de Moseley, a tabela periódica moderna está baseada no número atômico dos elementos, sem, contudo, abandonar conceitos originais. O modelo hoje adaptado inclui as novas descobertas e os novos resultados que foram sendo obtidos. A última maior alteração sofrida pela tabela periódica resultou do trabalho de Glenn Seaborg, na década de 50. A partir da descoberta do plutônio, em 1940, Seaborg descobriu todos os elementos transurânicos (elementos de número atômico 94 a 102); reconfigurou a tabela periódica colocando a série dos actinídeos abaixo dos lantanídeos. Em 1951, Seaborg recebeu o Prêmio Nobel em química pelo seu trabalho e, em sua homenagem, o elemento 106 da tabela periódica recebeu o nome de seaborgium.

2 – Tabela Periódica: 2.1 - Classificação Periódica dos Elementos Químicos A tabela periódica organiza os elementos em grupos, que são as colunas e períodos, que são as linhas horizontais. O sistema de numeração usada atualmente é recomendado pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC). Cada uma das linhas (horizontais) recebe o nome de “Período”. Todos os elementos classificados num mesmo período têm o mesmo número de níveis ou camadas eletrônicas (K = 2, L = 8, M = 18, N = 32, O = 32, P = 18 e Q = 2).

Fonte: Estrutura da Matéria / Vera Lúcia D. Novais - Ed. Atual.

Observe a tabela na página seguinte. 3


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Química 1 Período - K 2 Período - L 3 Período - M 4 Período - N 5 Período - O 6 Período - P 7 Período - Q Lantanídeos Actinídeos

Os períodos são numerados de acordo com o número de níveis eletrônicos de 1 a 7, de cima para baixo. Assim, o hidrogênio (H) e o hélio (He) estão situados no primeiro período, enquanto que o frâncio (Fr) está localizado no sétimo período. À exceção do primeiro, os períodos começam com um metal e terminam com os gases nobres. Os períodos diferem em comprimento, variando de 2 elementos, no primeiro período, o mais curto, a 32 elementos no sexto período, o mais longo. 1º período

Até o nível K

2º período

Até o nível L

3º período

Até o nível M

4º período

Até o nível N

5º período

Até o nível P

6º período

Até o nível O

7º período

Até o nível Q

Cada coluna (na vertical) recebe o nome de “Grupo” ou “Família“, e os elementos de uma mesma família apresentam a mesma distribuição eletrônica na camada de valência e propriedades químicas semelhantes. A numeração dos grupos ou famílias é feita em algarismos arábicos de 1 a 18, crescendo da esquerda para a direita. Apesar disso, ainda é comum usar o sistema de numeração antigo, onde existiam as famílias A e as famílias B. 40


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Química 1 H

K

18 2

13 14 15 16 17 He

Be

L

B

M

3

4

5

N

Se

Ti

V

6

7

8

9

C

N

O

F

10 11 12

Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

O P Q

Lantanídeos Actinídeos Numeração atual das famílias ou grupos

Numeração antiga das famílias ou grupos

Nomes das famílias

1

1 A ou I A

Metais alcalinos

2

2 A ou II A

Metais alcalinos terrosos

3

3 B ou III B

Grupo do Escândio

4

4 B ou IV B

Grupo do Titânio

5

5B ou V B

Grupo do Vanádio

6

6 B ou VI B

Grupo do Cromo

7

7 B ou VII B

Grupo do Manganês

8

8B ou VIIIB (1ª coluna)

Grupo do Ferro

9

8B ou VIIIB (2ª coluna)

Grupo do Cobalto

10

8B ou VIIIB (3ª coluna)

Grupo do Níquel

11

1 B ou I B

Grupo do Cobre

12

2 B ou II B

Grupo do Zinco

13

3 A ou III A

Grupo do Boro

14

4 A ou IV A

Grupo do Carbono

15

5 A ou V A

Grupo do Nitrogênio

16

6 A ou VI A

Calcogênios

17

7 A ou VII A

Halogênios

18

Zero, 8 A ou VII A

Gases Nobres (raros/inertes)

4l


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Química Alguns autores consideram a posição do hidrogênio como pertencendo ao grupo 1, por apresentar algumas semelhanças com os metais alcalinos, como ter um único elétron no nível de valência. Outros o colocaram como se pertencesse ao grupo 17, devido à formação de íon H+ (hidretos) e pelo fato de que o hidrogênio não é um metal. O elemento encontra-se isolado em algumas tabelas periódicas, não estando situado em nenhum grupo. De qualquer forma, na maioria das tabelas, ele está localizado no grupo 1, mas em uma cor diferente dos demais desta família. Os elementos podem ser: Metais (possuem todas as propriedades metálicas, como o brilho característico, tipo de ligação, etc.), Não-metais ou Ametais (elementos que não possuem nenhuma semelhança com os metais e, geral, são gasosos), Semi-metais ou Metalóides (elementos que possuem propriedades de metais e de não-metais) e Gases nobres (gases que, por possuírem o último nível de valência completo, não são capazes de estabelecerem ligações químicas com outros elementos, exceto em casos especiais). Na tabela periódica há subdivisões, ou subgrupos. Podem-se subdividir os elementos de acordo com as famílias ou grupos. Normalmente, cada família recebe um nome (de acordo com as propriedades gerais dos elementos que a compõe); quando não tem, o grupo em questão é referido de acordo com o primeiro elemento da coluna.

2.2 – Características dos Grupos ou Famílias A classificação em grupos ou família pode ser assim resumida: • Grupo 1 - Grupo dos Metais Alcalinos: todos eles, à exceção do hidrogênio, reagem com a água formando o hidróxido correspondente. Todos os elementos deste grupo tendem a perder o único elétron de seu último nível, tornando-se, assim um cátion de carga +1; assim, a configuração eletrônica na camada de valência é de 1 elétron. Esse grupo está composto por: Hidrogênio (H), Lítio (Li), Sódio (Na), Potássio (K), Rubídio (Rb), Césio (Cs) e Frâncio (Fr). • Grupo 2 - Grupo dos Metais Alcalino-Terrosos. O nome do grupo data da época dos alquimistas medievais, que denominam as substâncias que não se fundiam e não sofriam transformações com o calor, com os meios de aquecimento da época, de “terrosos”. Todos os elementos deste grupo tendem a perder os dois elétrons de seu último nível, tornando-se assim, um cátions de carga +2. A configuração eletrônica na camada de valência é de 2 elétrons. Compõe o grupo: Berílio (Be), Magnésio (Mg), Cálcio (Ca), Estrôncio (Sr), Bário (Ba) e Rádio (Ra). • Grupos 3 a 12 - Grupos dos Metais de Transição: assim denominados devido ao fato de terem o último nível completo, enquanto que o penúltimo fica incompleto. 42


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Química • Grupo 13 - Também chamado “subgrupo do boro”, já que este é o primeiro elemento do grupo. O boro é o único metalóide existente neste grupo, todos os demais são metais. Seus elementos possuem a configuração da camada de valência com 3 elétrons. Esse grupo é composto por: Boro (Br), Alumínio (Al), Gálio (Ga), Índio (In) e Tálio (Tl). • Grupo 14 - Também chamado “subgrupo do carbono”. O carbono é um dos principais elementos. Devido ao fato dele poder estabelecer um infinito número de ligações, ele pode formar milhares (senão milhões) de compostos. Neste grupo, o carbono é o único ametal. O silício e o germânio são metalóides, e os demais são metais. Os elementos deste grupo possuem a configuração eletrônica com 4 elétrons na última camada, o que lhes confere a possibilidade de estabelecerem quatro ligações ao mesmo tempo. É composto por: Carbono (C), Silício (Si), Germânio (Ge), Estanho (Sn) e Chumbo (Pb). • Grupo 15 - Também chamado “subgrupo do nitrogênio”. Neste grupo, o nitrogênio e o fósforo são os únicos ametais, o arsênio é semi - metal e os demais são metais. A configuração eletrônica da camada de valência com 5 elétrons. É composto por: Nitrogênio (N), Fósforo (P), Arsênico (As), Antimônio (Sb) e Bismuto (Bi). • Grupo 16 - Grupo dos calcogênios: O nome calcogênio significa “gerador de cal”, isso porque se tinha como norma de que, quando se queimava uma substância em presença de um calcogênio (que, geralmente, era o oxigênio do ar), gerava-se cal. Na verdade, o que acontecia era uma oxidação de substância, se o fizermos em presença de enxofre, é muito provável que se forme o sulfeto correspondente. Todos os elementos deste grupo são não-metais, e o polônio é o único deles que é radioativo. São caracterizados pela configuração eletrônica na camada de valência com 6 elétrons. Este grupo é formado por: Oxigênio (O), Enxofre (S), Selênio (Se), Telúrio (Te) e Polônio (Po). • Grupo 17 - Grupo dos Halogênios:. O nome halogênios significa “gerador de sal”, posto que os constituintes deste grupo sejam abundantes em sais marinhos. Eles são caracterizados pela configuração eletrônica na sua última camada de valência com 7 elétrons. Este grupo é formado por: Flúor (F), Cloro (Cl), Bromo (Br), Iodo (I) e Astato (At). • Grupo 18 - Grupo dos Gases Nobres. Eles são caracterizados pela configuração eletrônica na camada de valência com 8 elétrons com exceção do hélio que tem 2 elétrons. Como possuem a última camada totalmente preenchida de elétrons, estes elementos são quimicamente inertes. Estes elementos são encontrados na natureza como gases monoatômicos, não reativos. O grupo dos gases nobres ou raros, ou ainda, inertes, é formado pelos elementos: Hélio (He), Neônio (Ne), Argônio (Ar), Criptônio (Kr), Xenônio (Xe) e Radônio (Rn). 43


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Química • Série dos Lantanídeos e Série dos Actinídeos: Estes grupos de elementos estão localizados no grupo 3; os nomes desses dois grupos derivam dos primeiros elementos de cada um (lantânio e actínio). Devido às suas características, eles são dispostos à parte na tabela. O elemento de número atômico 92 (urânio) é o elemento de maior número atômico encontrado na natureza; com o auxílio de reações nucleares, podem ser obtidos, artificialmente, elementos de números atômicos superiores a 92. Estes elementos, que são artificiais, ao contrário dos demais são chamados elementos transurânicos e os elementos artificiais com número atômico (Z) menor que o do elemento urânio (Z = 92) são chamados de elementos cisurânicos. Resumindo, a classificação periódica estabelece, então, a classificação dos elementos em: • Metais: bons condutores de calor e eletricidade, sólidos em temperatura ambiente, com exceção do mercúrio, que é líquido. • Não-metais ou Ametais: maus condutores de calor e eletricidade, exceto o carbono na forma de grafite. Sólidos, líquidos ou gasosos na temperatura ambiente. • Semi-metais: apresentam propriedades de metais e ametais. • Gases nobres: apresentam reatividade muito pequena, sendo considerados inertes até pouco tempo atrás.

1 K

18 2

13 14 15 16 17

L M

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

N O P Q

Lantanídeos Actinídeos Metais

Ametais

Semi metais 44

Gases nobres


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Química Bibliografia Livros: AMARAL, Luciano. A Química - 50 palavras. Editora Loyola, São Paulo, 1995. CHIACHIA, Maria Aparecida e CHIARADIA, Adelheide. Minimanual de Pesquisa Química. 2a.Edição, Claranto Editora, Uberaba - 2004 . FELTRE, Ricardo. Fundamentos da Química. 3a. Edição, Editora Modera, São Paulo, 2003. MARCONDES, Ayrton César e SARIEGO, José Carlos. Ciências - Química e Física. 2a.Edição, Editora Scipione, São Paulo, 2001. NOBREGA, Oliveira Salgado, SILVA, Eduardo Roberto e SILVA, Ruth Hashimoto. Química, 1a. Edição, Editora Ática, São Paulo,2007. NOVAIS,Vera Lúcia Duarte de. Estrutura da Matéria, 2a. Edição, Editora Atual, São Paulo,1981. PERRUZZO, Francisco Miragaia, CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem do Cotidiano. Volume 1, 2 e 3, 3a. Edição, Editora Moderna, São Paulo, 2003. PERRUZZO, Tito Miragaia e CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem do Cotidiano.1a. Edição, Editora Moderna, São Paulo, 1999. SANTOS FILHO, P.F. Estrutura Atômica & Ligação Química. 1a. Edição, Campinas, publicação do autor, 1999. SARDELLA, Antônio. Química, 5a. Edição, Editora Ática, São Paulo,2000. VANIN, José Atílio. Alquimistas e Químicos: O passado, o presente e o futuro, 16a. Edição, Editora Moderna, São Paulo , 2001.

Sites: http://www.google.com http://www.institutodopvc.org http://www.klickeducacao.com.br http://www.plastivida.org.br 45


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Química ESTA APOSTILA FOI ELABORADA PELA EQUIPE DE QUÍMICA DO CEESVO CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO SUPLETIVA DE VOTORANTIM PROFESSORES: ALEXANDRE JOSÉ FLAUZINO MARIA GIOCONDA PERUGINI COORDENAÇÃO: NEIVA APARECIDA FERRAZ NUNES DIREÇÃO: ELISABETE MARINONI GOMES MARIA ISABEL R. DE C. KUPPER

VOTORANTIM, 2007.

OBSERVAÇÃO MATERIAL ELABORADO PARA USO EXCLUSIVO DO CEESVO, SENDO PROIBIDA A SUA COMERCIALIZAÇÃO.

Parabenizamos toda a equipe do CEESVO pela qualidade das apostilas e agradecemos a autorização concedida ao CES de Bom Jesus do . Itabapoana/RJ para adaptação e utilização. Outubro l 2008 35 46

Apostila de Química  

Esta é a sua nova apostila do CES. Ela participará de sua trajetória pelo Ensino Médio e deverá ser um importante recurso para a sua formaçã...