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Apostila quimica
 

Apostila quimica

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    Apostila quimica Apostila quimica Document Transcript

    • CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAISCurso Pró-TécnicoDisciplina: Química Texto Experimental – 1a Edição Professor Sebastião Florêncio Mendes Varginha – Minas Gerais Dezembro de 2006
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha QuímicaFonte: http://www.canacintra.org.mx/principal/servicios/medio_ambiente/imagenes/Planta%20Quimica.jpg Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. ii
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha Sumário1. PROPRIEDADES GERAIS DA MATÉRIA ..................................................................................................... 1 1.1- INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 1 1.2 – PROPRIEDADES GERAIS DA MATÉRIA............................................................................................ 1 1.3 – PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DA MATÉRIA.................................................................................. 1 1.3.1 – Propriedades Físicas .................................................................................................................... 1 1.3.2 – Propriedades Químicas ................................................................................................................ 2 1.3.3 – Propriedades Organolépticas ....................................................................................................... 2 1.4 – ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA ...................................................................................................... 2 1.4.1 - Sólido............................................................................................................................................ 2 1.4.2 – Líquido .......................................................................................................................................... 2 1.4.3 – Gasoso ......................................................................................................................................... 3 1.5 – MUDANÇAS ENTRE ESTADOS FÍSICOS........................................................................................... 3 1.6 – TESTES DE REVISÃO DO CAPÍTULO................................................................................................ 42. SUBSTÂNCIAS E MISTURAS ....................................................................................................................... 6 2.1- INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................... 6 2.2 – SUBSTÂNCIA PURA E MISTURA ....................................................................................................... 6 2.3 – DIFERENÇA PRÁTICA ENTRE UMA SUBSTÂNCIA PURA E UMA MISTURA .................................. 6 2.4 – TIPOS DE MISTURAS ......................................................................................................................... 7 2.5 – PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS ................................................................................ 8 2.5.1 – MISTURAS HETEROGÊNEAS .................................................................................................... 83. TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS E QUÍMICAS ............................................................................................. 10 3.1 – FENÔMENO FÍSICO .......................................................................................................................... 10 3.2 – FENÔMENO QUÍMICO ...................................................................................................................... 10 3.3 – EQUAÇÃO QUÍMICA ......................................................................................................................... 10 3.4 – TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS...................................................................................................... 11 3.5 – TESTES DE REVISÃO DO CAPÍTULO.............................................................................................. 114. ESTRUTURA ATÔMICA DA MATÉRIA ...................................................................................................... 15 4.1 - EVOLUÇÃO NO CONCEITO DE ÁTOMO .......................................................................................... 15 4.2 - COMPOSIÇÃO DO ÁTOMO ............................................................................................................... 16 4.3 - CARACTERÍSTICAS DO ÁTOMO ...................................................................................................... 17 4.4 - ISÓTOPOS , ISÓBAROS E ISÓTONOS............................................................................................. 17 4.5 - ELEMENTOS QUÍMICOS E ÍONS ...................................................................................................... 18 4.6 - DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA EM NÍVEIS DE ENERGIA ................................................................. 18 4.6.1 - Diagrama de Linus Pauling.......................................................................................................... 19 4.6.2 - Exemplos..................................................................................................................................... 20 4.7 - EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO................................................................................................................ 21Apêndice I ........................................................................................................................................................ 23 Questões o SIMULADO do Curso Pró-Técnico de Varginha (25 de novembro de 2006) ........................... 23Referências Bibliográficas................................................................................................................................ 25 Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. iii
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha1. PROPRIEDADES GERAIS DA MATÉRIA1.1- INTRODUÇÃO Vejamos alguns conceitos importantes: a) Matéria: Significa tudo o que possui massa e ocupa lugar no espaço. b) Corpo: É uma porção limitada da matéria. c) Objeto: É um corpo que se presta a uma finalidade determinada d) Substância: É a qualidade da matéria e) Partículas: São as formadoras das substâncias, podendo ser chamadas de íons, átomos e moléculas (conjuntos de átomos).1.2 – PROPRIEDADES GERAIS DA MATÉRIA São aquelas propriedades presentes em qualquer tipo de matéria. As mais importantessão: a) Inércia: A matéria não pode por si só modificar a sua condição de movimento ou repouso. b) Impenetrabilidade: Dois corpos não podem ocupar, ao mesmo tempo, o mesmo lugar no espaço. c) Divisibilidade: A matéria pode sempre ser dividida em porções cada vez menores. d) Massa: É a quantidade de matéria existente em um corpo. As principais unidades de massa são kg (quilograma) ; g (grama) ; mg (miligrama) e) Volume: É a ocupação espacial da matéria. 3 3 As principais unidades são: kl (quilolitro) ; m (metro cúbico) ; l (litro); dm (decímetro 3 cúbico) ; ml (mililitro) e cm (centímetro cúbico). 3 3 Observação: 1 m = 1 kl = 1.000 dm = 1.000 l.1.3 – PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DA MATÉRIA São aquelas utilizadas para identificar e diferenciar os diversos materiais. Podem ser:1.3.1 – Propriedades Físicas 1) Densidade (d) Densidade absoluta ou massa específica é uma característica própria de cada material, definida como razão entre a massa de uma amostra dele e o volume ocupado por essa massa, portanto d = m/ v Em geral a densidade dos sólidos é maior do que a dos líquidos e esta por sua vez, é maior que a dos gases. A massa de um objeto pode ser medida facilmente com uma Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 1
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha balança e o volume de um objeto regular pode ser calculado medindo-se e multiplicando-se largura ( l ) , comprimento ( c ) e altura ( h ). O volume de objetos irregulares pode ser medido colocando-os em um recipiente graduado cheio de líquido ( água ? ) e medir a variação de volume deste líquido. 2) Ponto de fusão : É a temperatura na qual uma substância pura passa do estado sólido para o estado líquido. 3) Ponto de ebulição: É a temperatura na qual uma substância pura passa do estado líquido para o estado gasoso.1.3.2 – Propriedades Químicas 1) Combustão: Queima de uma folha de papel 2) Oxidação: Ferrugem em uma barra de ferro. 3) Fermentação: Preparação de bebidas alcoólicas.1.3.3 – Propriedades Organolépticas São aquelas propriedades perceptíveis pelos nossos sentidos 1) Visão: Cor, brilho, transparência, opacidade, etc. 2) Olfato: Cheiro ou odor. 3) Tato: Estado físico, quente e frio, etc. 4) Paladar: Sabor 5) Audição: música, ruído, murmúrio, etc.1.4 – ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA1.4.1 - Sólidoa) Maior agregação de partículasb) Maior organização das partículasc) Menor energia e movimento de partículasd) Forma e volume definidos1.4.2 – Líquidoa) Grande agregação de partículasb) Organização intermediária de partículasc) Energia intermediária e movimentação relativa de partículasd) Forma variável e volume definido Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 2
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha1.4.3 – Gasosoa) Máxima desagregação de partículasb) Máxima desorganização de partículasc) Máxima energia e movimentação de partículasd) Forma e volume variáveis (o gás tende a ocupar todo o volume oferecido a ele)Sólido → Líquido → GasosoEnergia crescente (gasto de energia)Sólido ← Líquido ← GasosoEnergia decrescente (liberação de energia)1.5 – MUDANÇAS ENTRE ESTADOS FÍSICOS Mudanças de estados físicos são fenômenos que não alteram a qualidade nem aquantidade de matéria.Observação: A vaporização ocorre de diversas formas tais como evaporação natural (lenta esuperficial), ebulição (violenta com formação de bolhas em todo o líquido) e calefação(instantânea, gotículas d’água ao encontrar chapa metálica super-aquecida). Solidificação ou Condensação ou Congelamento Liquefação SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO Fusão Vaporização S u b l i m a ç ã o Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 3
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha1.6 – TESTES DE REVISÃO DO CAPÍTULO1) Analise os seguintes dados relativos às 3 substância A, B e C: Propriedades A B C o o Ponto de fusão -10 .C 150 .C - 50o.C o o Ponto de ebulição 50 .C 800 .C 10o. CConsiderando o código S= sólido, L= líquido e G= gasoso, assinale a opção do estado físico ocorreto de cada substância a 25 .C ( temperatura ambiente), A, B e C, respectivamente: a. ( ) L, G, S b. ( ) L S, G c. ( ) G, L, S d. ( ) G, S, L2) O quadro abaixo mostra a densidade de alguns metais: Metal Alumínio Zinco Prata Ouro D ( g / cm3 ) 2,7 7,1 10,5 19,3 Com base na tabela anterior, indique a opção que possui o metal adequado para seconfeccionar uma esfera de 210 g que ocupa 0,02 litros. a) Alumínio b) Zinco c) Prata d) Ouro3) Não ajuda a determinar a substância: a) Cor b) Cheiro c) Massa d) Ponto de fusão4) Bolinhas de naftalina são utilizadas contra baratas. Ao serem colocadas em armários, com odecorrer do tempo, diminuem de tamanho. O fenômeno que explica corretamente estecomportamento é: a) condensação b) fusão c) liquefação d) sublimação Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 4
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha5) A tabela abaixo apresenta os valores de algumas propriedades físicas de 3 substâncias: Substância Temperatura de Fusão /º C Temperatura de Ebulição /ºC Densidade 3 g/cm Álcool - 114,5 78,4 0,789 Acetona -94,8 56,2 0,791 Naftalina 80,2 218,5 1,145Considerando os dados da tabela, pode-se afirmar que: a) o álcool evapora mais facilmente que a acetona. o b) a 0 .C apenas a naftalina encontra-se no estado sólido. o c) as 3 substâncias encontram-se no estado líquido a 60 C. d) a densidade é a propriedade mais adequada para distinguir o álcool da acetona.6) Em relação aos estados físicos de uma substância, podemos afirmar corretamente que: a) a passagem do estado líquido para o estado sólido é chamada condensação. b) durante a fusão da substância estarão presentes os estados líquido e gasoso. c) no estado gasoso as partículas da substância estão muito próximas umas das outras. d) O estado gasoso tem um conteúdo energético maior que o estado líquido.7) Dentre as transformações abaixo apresentadas, a que ocorre com diminuição de volume eaumento do conteúdo de energia do sistema é : a) H2O ( s) → H2O (l ) b) H2O ( l ) → H2O ( g ) c) H2O ( l) → H2O ( s ) Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 5
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha2. SUBSTÂNCIAS E MISTURAS2.1- INTRODUÇÃO Como vimos anteriormente, a matéria é constituída por substâncias e essas, por sua vez,são constituídas por elementos químicos. Tais elementos químicos são representados porsímbolos internacionais ( veja tabela periódica no início deste caderno ) e assim as substânciassão representadas por fórmulas, isto é, conjunto dos síbolos dos elementos presentes naquelassubstância. Podemos classificar as substâncias em simples, ( quando possuem apenas um tipo deelemento ) e em compostas ou simplesmente compostos, ( quando possuem mais de um tipo deelemento ) .Exemplos: Substâncias simples substâncias compostas Oxigênio, O2 Água, H2O Ozônio, O3 Glicose, C6H12O6 Grafite, Cn Amônia, NH3 Fósforo, P4 Bicarbonato de Sódio, NaHCO3 Ferro, Fe Gás Carbônico, CO22.2 – SUBSTÂNCIA PURA E MISTURA A substância é considerada pura quando, no sistema aonde está contida, encontramosapenas partículas dessa substância. Caso haja no sistema mais de um tipo de substância,teremos uma mistura. Exemplos: O2 Substância pura simples H2O Mistura de substâncias compostas CO2 CO2 Substância pura composta O2 Mistura de substâncias simples N22.3 – DIFERENÇA PRÁTICA ENTRE UMA SUBSTÂNCIA PURA E UMA MISTURA A substância pura apresenta propriedades físicas bem definidas, inclusive pontos de fusãoe ebulição (temperaturas que permanecem fixas durante todo o processo). Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 6
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha Veja os gráficos das Figuras 1 e 2. Figura 1. Figura 2.2.4 – TIPOS DE MISTURASMISTURA HOMOGÊNEA ou solução monofásica ocorre quando não se distinguem oscomponentes, parecendo substância pura.MISTURA HETEROGÊNEA ou solução polifásica quando se percebe a presença de mais de umcomponente.Observação: A classificação vai depender do processo e ou equipamento usado para averificação das fases.Limite de Solubilidade ou coeficiente de solubilidade é o número que representa, a uma certatemperatura, a quantidade máxima de certa substância (chamada solvente, existente em maiornúmero de partículas) em dissolver determinada quantidade de outra substância (chamada soluto,existente em menor quantidade). Este limite existe quando as substâncias estão em estadosdiferentes naquela temperatura ambiente. Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 7
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha Exemplo de aplicação:Analise a solubilidade dos dois produtos A e B em 100 g de água, a partir do gráfico abaixo(Figura 3). Figura 3.2.5 – PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS 2.5.1 – MISTURAS HETEROGÊNEAS 2.5.1.1 – Filtração Simples Separa misturas de sólido-líquido e sólido-gás, utilizando-se um filtro. a) Sólido-líquido :Areia de água ; café do líquido ou partículas sólidas de água. b) Sólido-gás: Ar de poeira atmosférica 2.5.1.2 – Decantação Separa misturas líquido-líquido e sólido-líquido a) Líquido-líquido : água e óleo b) Sólido-líquido : água de areia , separadas por decantação , podendo ser complementada por sifonação, que consiste na retirada da água com utilização de um tubo. c) Sólido-gás: partículas sólidas do ar, podem ser separadas por decantação em uma câmara de poeira, onde o ar passa sucessivamente por várias câmaras em forma de labirinto. Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 8
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha2.5.1.3 – CentrifugaçãoSepara materiais de densidades diferentes, podendo ser de mesmo estado físico ou deestados físicos diferentes, como gordura e leite, fermento-água e álcool, óleo e água, etc.2.5.1.4 – Separação MagnéticaSepara a mistura de um material magnético e outro não magnético, geralmente ferro eoutros materiais, como enxofre, alumínio, cobre, etc.2.5.1.5 Tamisação ou PeneiraçãoSepara sólidos com grãos de tamanhos diferentes, utilizando uma peneira. Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 9
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha3. TRANSFORMAÇÕES FÍSICAS E QUÍMICAS3.1 – FENÔMENO FÍSICO É um fato que ocorre com a manutenção das substâncias originais do sistema . Os maiscomuns são as mudanças de estado físico das substâncias, como fusão, vaporização etc. .Conforme já vimos anteriormente, as mudanças de estado físico tem características que devemosdestacar como :- Fusão: mudança de estado sólido para líquido, que ocorre com fornecimento de calor, à temperatura fixa durante todo o processo, por isso é chamado de ponto de fusão- Solidificação : que é a mudança de líquido para sólido, ocorrendo com retirada de calor, na mesma temperatura fixa do ponto de fusão.- Ebulição : mudança de líquido para vapor, que ocorre com fornecimento de calor ao líquido, com aparecimento de bolhas em todo o líquido e com temperatura fixa durante todo o processo, chamada ponto de ebulição. Não confundir com evaporação que não ocorre à temperatura fixa e nem com calefação que ocorre instantaneamente quando gotas atingem uma chapa quente.- Condensação : mudança de gás para líquido, que ocorre à mesma temperatura que a ebulição, quando se retira calor do gás.- Sublimação : mudança de estado sólido diretamente para o estado gasoso, sem passar pelo líquido. Ocorre com absorção de energia do ambiente. Um exemplo de material que sublima é a naftalina.- Outros exemplos podem ser : - mudança de volume de um gás - ligar ou desligar um eletrodoméstico - formação de uma nuvem3.2 – FENÔMENO QUÍMICO Fenômeno químico, transformação química ou reação química é o fato que ocorre com osurgimento de uma ou mais substâncias novas, como por exemplo queimar, fritar, assar, cozinhar,oxidação de um metal, a respiração, a digestão, a fotossíntese etc.3.3 – EQUAÇÃO QUÍMICA É a representação de uma reação química com símbolos conhecidos internacionalmente.A reação é representada por uma flecha. Os materiais indicados antes dela são chamados de Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 10
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginhareagentes e os indicados depois da flecha são chamados de produtos. Assim indicamos que areação transforma reagentes existentes em outros produtos que não existiam ali antes dela.Por exemplo: C + O2 → C O2 1 N2 + 3 H2 → 2 NH3 Os números em destaque são coeficientes dos materiais participantes da reação,assegurando que as quantidades de cada um deles seja igual antes e depois da reação, porque areação não cria nem destrói qualquer átomo, apenas os redistribui.3.4 – TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS As reações químicas são classificadas conforme os critérios de sua utilidade em reaçõesde análise, síntese, neutralização, saponificação etc. Neste caso estudaremos apenas as reaçõesde análise e de síntese. a) Reações de Análise ou de Decomposição são aquelas em que um composto se divide em seus componentes, substâncias simples e/ou compostas. Exemplos: 2 NH3 → N2 + 3H2 CaCO3 → CaO + CO2 2 H2O2 → 2H2O + O2 b) Reações de Síntese ou Formação são aquelas em que um composto é obtido pela união de seus Componentes, substâncias simples e/ou compostas. Exemplos: 2H2 + O2 → 2H2O 2SO2 + O2 → 2 SO3 CaO + H2O → CaOH3.5 – TESTES DE REVISÃO DO CAPÍTULO 1) São fenômenos que envolvem transformações químicas, exceto : a) Azedamento do leite b) Cozimento do feijão c) Digestão do amido d) Congelamento da carne Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 11
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha2) Abaixo estão representadas 2 transformações que ocorrem no organismo humano vivo: I. H2CO3 → CO2 + H2O II. C6H12O6 + 6 O2 → 6CO2 + 6H2 O Sobre essas transformações, é incorreto afirmar que: a) São reações de síntese b) Têm as mesmas substâncias como produto c) Ocorrem com conservação do número de átomos d) São reações químicas3) Assinale entre as afirmativas abaixo, a que apresenta apenas fenômenos químicos: a) Acender uma lâmpada, ferver água, tocar uma nota no violão b) Explodir uma carga de dinamite, secar a roupa no varal, queimar álcool c) Congelar água, fundir ferro, misturar água com açúcar d) Cozinhar um ovo, digerir os alimentos, descorar a roupa com água sanitária4) Qual dos fenômenos abaixo não envolve uma transformação química? a) A fusão do gelo b) A digestão dos alimentos c) A combustão da gasolina d) A queima de uma vela5) Fenômeno químico é sinônimo de : a) Elemento químico b) Composto químico c) Equação química d) Reação química6) É um fenômeno físico: a) Queimar um papel b) Descorar uma calça jeans com água sanitária c) Ligar a televisão d) Cozinhar um ovo7) Se toda a água líquida presente no planeta fosse congelada, qual propriedade da água sofreria um aumento? a) Volume b) Massa c) Temperatura d) Densidade Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 12
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha8) (CEFET-2002) O quadro abaixo apresenta o resultado da análise macroscópica e microscópica de um sistema. Característica Resultado Volume Constante Forma Do recipiente Agregação das partículas Semiforte Arranjo das partículas Desordenadas próximas Movimento das partículas Translação ( liberdade relativa ) Comparando os resultados com as características , podemos concluir que o sistemaencontra-se no estado: a) Sólido b) Líquido c) Gasoso d) Pastoso9) (CEFET-2000) Considere o sistema representado ao lado: ( um frasco com água líquida+ gelo + óleo). Sobre esse sistema é correto afirmar que ele: a) é homogêneo, apresenta três fases e três componentes. b) É heterogêneo, apresenta três fases e três componentes. c) É heterogêneo, apresenta três fases e dois componentes d) É homogêneo, apresenta duas fases e dois componentes10) (CEFET-2000) Atualmente adiciona-se à gasolina 23 a 25% de álcool, com o objetivo de diminuir os poluentes emitidos e aumentar o rendimento dos motores. O método usado para avaliar a quantidade de álcool na gasolina , baseia-se na maior afinidade do álcool por uma solução de água e sal de cozinha. A técnica consiste em adicionar água salgada à gasolina. Assim todo o álcool passará para a solução de água e sal, formando uma mistura heterogênea de duas fases. Um processo que permite separar essas fases é a : a) filtração b) destilação c) liquefação d) decantação11) (CEFET-2005) Nos herbáreos são guardadas várias plantas secas, com a finalidade de se catalogarem as mais diversas espécies. Para impedir que os insetos ataquem as plantas, utiliza-se a naftalina. Seu odor é percebido à temperatura ambiente, o que possibilita o afastamento dos insetos. Após algum tempo, a naftalina diminui de massa até o total desaparecimento. Esse fenômeno é denominado: a) liquefação b) sublimação c) evaporação d) decomposição Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 13
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha12) (CEFET-2005) De uma torneira foram coletados um copo (200 ml) e uma garrafa (20000 ml) de água. Considerando-se os dois recipientes cheios, pode-se afirmar que o conteúdo presente nos dois frascos apresenta diferentes: a) densidades b) composições c) temperaturas de ebulição d) tempos para se chegar à ebulição13) (CEFET-2005 ) O vinho, bebida alcoólica conhecida em todo o mundo, é uma mistura homogênea. Para separar separar seus componentes pode-se usar a : a) filtração b) destilação c) decantação d) centrifugação14) (CEFET-2005) Não é considerada uma reação química a : a) formação de neve b) digestão de alimentos c) conversão de vinho em vinagre d) dissolução de um comprimido efervescente em água Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 14
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha4. ESTRUTURA ATÔMICA DA MATÉRIA4.1 - EVOLUÇÃO NO CONCEITO DE ÁTOMOSéc. IV A.C. - Demócrito e Leucipo Alguns séculos antes de Cristo, dois filósofos gregos, Demócrito e Leucipo, lançaram aidéia de que a matéria seria formada por partículas muito pequenas, chamadas de átomos. Assim,segundo eles, se fôssemos dividindo um pedaço de carvão em partes cada vez menores,chegaríamos em uma partícula de carvão que não mais poderia ser dividida. Esta partícula seria oátomo, portanto, indivisível.Somente no final do século passado, experiências mostraram que o átomo era formado porpartículas ainda menores, chamadas de prótons, nêutrons e elétrons.1803 – DaltonA primeira teoria sobre o modelo atômico com bases científicas foi apresentada por Dalton econstava de: a) Toda matéria é constituída por átomos b) Os átomos são indivisíveis, maciços e esféricos. c) Os átomos de um mesmo elemento são todos iguais em tamanho, forma e massa. d) Toda transformação química consiste na união ou separação de átomos.1898 - ThomsonO físico Thomson baseado na descoberta de que o átomo tinha uma parte positiva e outranegativa, para explicar que o conjunto é neutro, propôs que o átomo seria uma esfera formada poruma capa positiva na qual estavam incrustados os elétrons como passas em um pudim. Essemodelo ficou conhecido como “ pudim de passas.”1911 - RutherfordO físico Ernest Rutherford, fez experiências com bombardeamento de partículas alfa em umalâmina de ouro, concluindo que: a) O átomo é um sistema onde a maior parte do espaço é vazio, possuindo um núcleo central. b) O núcleo tem carga elétrica positiva e concentra praticamente toda a massa do átomo. Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 15
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha c) O volume do átomo é cerca de 100.000 vezes maior do que o do núcleo. d) Em torno do núcleo giram partículas negativas, os elétrons.1913 - Niels – BohrOs físicos Niels e Bohr, completaram o modelo de Rutherford, explicando porque os,átomosgirando em torno do núcleo não perdem energia, que os faria cair no núcleo. Assim temos: a) O elétron se movimenta em órbita circular em estado normal, com energia fixa e não irradia energia. b) Um elétron absorve energia pulando de uma órbita para outra de maior energia. c) O elétron tende a voltar a sua órbita original, irradiando a energia recebida.Modelo AtualO modelo atual considera o elétron situado em uma região em torno do núcleo denominada orbitale não como propôs Bohr, girando em órbitas circulares.Este modelo inclui vários cientistas, dentre os quais podemos citar:Moseley - propõe ser o número de prótons do átomo o Número AtômicoSommerfeld - o átomo possui órbitas elípticasDe Broglie - natureza dual do elétron, ou seja, considera-lo partícula e onda.Chadwick - descoberta do nêutron, partícula situada no núcleo cm carga zero e massa 1.4.2 - COMPOSIÇÃO DO ÁTOMOa) Átomos são minúsculas partículas encontradas nas matérias. Os átomos são formados porpartículas sub-atômicas, sendo três muito importantes: PARTÍCULAS SUB- CARGA MASSA (u) SÍMBOLO ATÔMICAS PRÓTONS + 1 p1+ NÊUTRONS NEUTRA 1 n1 0 ELÉTRONS _ Desprezível − e0 Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 16
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha4.3 - CARACTERÍSTICAS DO ÁTOMOa) Número Atômico - ZÉ o número de prótons existentes no núcleo do átomo. Cada elemento químico tem o seu númeroatômico próprio, correspondente à sua carga nuclear positiva . Os átomos estão organizados naTabela Periódica em ordem crescente de seus números atômicos.b) Número de Massa - AÉ a soma do número de prótons com o número de nêutrons encontrados no núcleo do átomo.c) Número de Elétrons - eEm um átomo natural, o número de elétrons é sempre igual ao número de prótons, fazendo comque sua carga elétrica seja nula.d) Número de Nêutrons - nO número de nêutrons existente no núcleo do átomo altera apenas a sua massa nuclear eatômica, sem alterar a natureza dele e as suas propriedades químicas.4.4 - ISÓTOPOS , ISÓBAROS E ISÓTONOS a) Isótopos são átomos com o mesmo número atômico e diferentes números de massa, devido aos diferentes números de nêutrons nos seus núcleos. Como se trata de mesmo número atômico, temos o mesmo elemento químico, com propriedades muito parecidas. Por exemplo temos as seguintes representações: 1 2 3 a.1) 1 H, 1 H e 1 H 16 17 17 8 O 8 O 8 O a.2) , e 12 13 14 6 C 6 C 6 C a.3) , e b) Isóbaros são átomos que possuem o mesmo número de massa ( A ) e diferentes números atômicos. Por exemplo temos a seguinte representação: 40 40 K Ca 19 20 c) Isótonos são átomos que possuem igual número de nêutrons, diferentes números de prótons e diferentes números de massas, por exemplo: Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 17
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha 39 A = 39 40 A = 40 K portanto: Z = 19 Ca Z = 20 19 N = 20 20 N = 204.5 - ELEMENTOS QUÍMICOS E ÍONSElemento químico é o conjunto de todos os átomos com o mesmo número atômico, ou seja, como mesmo número de prótons. A indicação geral de um átomo é feita por: o. A sendo A= n de massa X Z Z = número atômico A indicação de um elemento específico é feita utilizando-se o símbolo do elemento aoinvés do X , como por exemplo : 40 40 40Elemento Cálcio Ca potássio K Argônio Ar 20 19 18 São conhecidos atualmente 112 elementos diferentes, que estão ordenados numa tabelapor ordem de números atômicos e por propriedades, chamada CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICADOS ELEMENTOS, reproduzida no final desta apostila.ÍonÉ um átomo que deixou de ser neutro porque ganhou ou perdeu elétrons. Assim todo íon tem suacarga elétrica, que pode ser:- Positiva, portanto é um Cátion, pois o átomo original perdeu elétrons;- Negativa, portanto é um Ânion, pois o átomo original ganhou elétrons.4.6 - DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA EM NÍVEIS DE ENERGIA Os elétrons se distribuem ao redor do núcleo em camadas que correspondem a níveiscrescentes de energia. Estes níveis de energia correspondentes às camadas que se superpõemno átomo são representadas por letras maiúsculas K, L, M, N , O, P e Q ou por números 1, 2, 3, 4,5, 6 e 7. Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 18
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - VarginhaPor meio de métodos experimentais, os químicos concluíram que o número máximo de elétronsque cabe em cada camada ou nível de energia é: Nível de energia Camada Número Maximo de elétrons Primeiro K 2 Segundo L 8 Terceiro M 18 Quarto N 32 Quinto O 32 Sexto P 18 Sétimo Q 8 Em cada camada os elétrons se distribuem em sub-níveis (órbitas) representados porletras minúsculas s, p, d e f. A quantidade máxima de elétrons em cada órbita é a seguinte: Subnível No. Máximo de elétrons Representação s 2 2 s p 6 6 p d 10 10 d f 14 14 f Convém notar que a quantidade máxima de elétrons em cada subnível é o dobro dosnúmeros ímpares naturais, 1, 3, 5 e 7. Dentro de cada órbita os elétrons ainda se distribuem em orbitais, normalmenterepresentados por quadrinhos com indicação de seu sentido de rotação (spin).4.6.1 - Diagrama de Linus Pauling O diagrama de Linus Pauling (Figura 4) é um gráfico que facilita a distribuição dos elétronspor níveis de energia , fazendo-se a distribuição deles seguindo as linhas inclinadas, sempre decima para baixo. Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 19
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha Figura 4 – Diagrama de Linus Pauling. Disponível em <http://www.profcupido.hpg.ig.com.br/diagrama_de_linus_pauling.htm>. Acesso em: 10 setembro 2006, 19:44.4.6.2 - Exemplos1) Fazer a distribuição dos elétrons do manganês 25 Mn. O número 25 à esquerda e abaixo dosímbolo do elemento indica o seu número atômico que é igual ao de elétrons para todo elementonormal. Portanto teremos: 2 2 6 2 6 2 51s 2s 2p 3s 3p 4s 3d portanto teremos 4 camadas, sendoK=2 L=8 M=13 N=22) Fazer a distribuição eletrônica do potássio 19 K em camadas. 2 2 6 2 6 11s 2s 2p 3s 3p 4sK=2 L=8 M=8 N=1 Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 20
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha +23) Faça a distribuição eletrônica de íon positivo ( cátion ) 30 ZnNeste caso fazemos a distribuição do átomo normal ( neutro) e em seguida retiramos 2 elétronsde sua última camada. 2 2 6 2 6 2 101s 2s 2p 3s 3p 4s 3dK=2 L=8 M = 18 N=2 deste átomo tiramos os 2 últimosK=2 L=8 M = 18 -34) Faça a distribuição de elétrons no íon negativo ( ânion ) 15 PNeste caso, basta somar os elétrons correspondentes à carga negativa aos do elemento eproceder à distribuição. Assim distribuiremos 15+3 + 18 elétrons 2 2 6 2 61s 2s 2p 3s 3pK=2 L=8 M=84.7 - EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO1) O átomo é uma partícula esférica, maciça e indivisível. Tal afirmativa refere-se ao modeloatômico proposto por: a) Rutherford b) Bohr c) Thomson d) Dalton2) Faça a associação: 1 - Bohr ( ) o átomo é maciço 2 - Rutherford ( ) distribuiu os elétrons em ordem crescente de energia 3 - Dalton ( ) retornando ao nível de energia normal o elétron emite energia 4 - Pauling ( ) o átomo apresenta espaços vazios A numeração correta, de cima para baixo, é : a) 3, 4, 1, 2 b) 4,1, 2, 3 c) 2,3,1,4 d) 3,1,4,2 Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 21
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - Varginha3) O modelo atômico proposto por Niels Bohr completou o modelo apresentado por Rutherford. Conforme o modelo de Bohr, a proposição falsa é:a) Ao elétron são permitidos certos estágios estacionários de energia.b) Quando o elétron está em um desses estágios, não irradia nem absorve energia.c) Quando passa de um estágio de alta energia par baixa energia, emite energia luminosa.d) Quando passa de estágio de baixa energia para alta energia, emite energia.4) Quando compostos de sódio são queimados em uma chama de gás, percebe-se uma cor amarela identificadora do sódio. O fenômeno é devido a: a) grande tendência do sódio de perder elétrons. b) energia absorvida pelos átomos mais internos. c) pequena estabilidade dos átomos neutros do sódio. d) Volta dos elétrons a níveis menos energéticos. Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 22
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - VarginhaApêndice IQuestões o SIMULADO do Curso Pró-Técnico de Varginha (25 de novembro de 2006)QUESTÃO 43 ( CEFET-2006)Referindo-se às propriedades dos estados físicos da matéria é INCORRETO afirmar que : a) A mudança de estado de um material altera o modo como suas partículas se organizam e movimentam sem modificar sua natureza. b) Os sólidos apresentam máxima organização interna e suas partículas efetuam movimentos de vibração em torno de um ponto de equilíbrio. c) As partículas se encontram mais distantes umas das outras nos líquidos do que nos gases e as forças de interação entre elas são desprezíveis. d) As partículas que constituem os gases apresentam entre si grandes espaços vazios e fracas forças de interação, favorecendo sua expansão e compressão.QUESTÃO 44Os sistemas abaixo indicados são, respectivamente: I – água e gasolina II – álcool III – hidrogênio IV – água e álcool a) Solução, mistura heterogênea, substância simples, substância composta b) Substância simples, substância composta, solução e mistura homogênea c) Substância composta, substância simples, mistura homogênea e solução d) Mistura heterogênea, substância composta, substância simples, soluçãoQUESTÃO 45A um copo de água acrescentamos um pouco de sal e agitamos até todo o sal se dissolver. Emseguida, acrescentamos um punhado de areia. Para conseguirmos separar os três componentesdeste sistema os processos adequados são: a) destilação e catação b) evaporação apenas c) filtração e decantação d) filtração e destilação Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 23
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - VarginhaQUESTÃO 46A questão ( 40 ) refere-se à tabela abaixo: SUBSTÂNCIAS PONTO DE FUSÃO PONTO DE EBULIÇÃO ( ºC, 1 atm ) ( ºC , 1 atm ) Água 0 100 Etanol -117 78 Bromo -7 59 Oxigênio -219 -183 Cloreto de sódio 801 1413A uma temperatura ambiente de 25º C , estarão, no estado líquido, as substâncias: a) água, bromo e etanol b) água, oxigênio e etanol c) água oxigênio e cloreto de sódio. d) Água, bromo e cloreto de sódioQUESTÃO 47Assinale entre as alternativas abaixo, a que apresenta apenas fenômenos químicos: a) Acender uma lâmpada, ferver água, tocar uma nota no violão b) Explodir uma carga de dinamite, secar roupa no varal, queimar álcool. c) Congelar água, fundir ferro, misturar água com açúcar. d) Cozinhar um ovo, digerir alimentos, descorar roupa com água sanitária.QUESTÃO 48 ( CEFET-2006 )A tabela indica a composição de algumas espécies químicas. o o o ESPÉCIES N DE PRÓTONS N DE NÊUTRONS N DE ELÉTRONS I 6 6 6 II 6 8 6 III 17 18 18 IV 19 21 18Com relação a esses dados, é correto afirmar que a) I e IV são isótopos. b) II e III são isótonos. c) I e II são eletricamente neutros. d) III e IV pertencem ao mesmo elemento químico.GABARITO DE RESPOSTAS QUESTÃO RESPOSTA 43 C 44 D 45 D 46 A 47 D 48 C Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 24
    • ........................................................... Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – Campus VIII - VarginhaReferências Bibliográficas a[1] Feltre, Ricardo. Química - 6 Edição. São Paulo: Editora Moderna, 2004. a[2] Sardella, Antônio. Química – 5 Edição. São Paulo: Editora Ática, 2003. a[3] Mortimer, Eduardo Fleury e Machado, Andréa Horta. Química para o Ensino Médio – 1Edição. São Paulo: Editora Scipione, 2002. a[4] Serrano, Juan Ferre. Química – 1 Edição. São Paulo: Editora Scipione, 2000. a[5] Barros, Carlos e Paulino, Wilson Roberto. Ciências: Física e Química – 1 Edição. São Paulo:Editora Ática, 2003 a[6] Santos, Wilson Luiz Pereira e Mol, Gerson de Souza. Química e Sociedade – 1 Edição. SãoPaulo: Editora Nova Geração, 2005. Curso Pró-Técnico - Disciplina: Química. Professor Sebastião Florêncio Mendes. 25