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Capítulo 1: Matéria e medidas
 

Capítulo 1: Matéria e medidas

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    Capítulo 1: Matéria e medidas Capítulo 1: Matéria e medidas Presentation Transcript

    • Fundamentos de Química I Prof. Kaires.
    • IntroduçãoVocê já imaginou..... Por que o gelo derrete e a água evapora? Por que as folhas das árvores mudam de cor no outono ou como uma bateria gera eletricidade?
    •  Por que os alimentos levam mais tempo para deteriorar-se quando são mantidos refrigerados ou como nosso organismo usa os alimentos para manter a vida?A química fornece respostas para essas eoutras incontáveis perguntas.
    • A química é o estudo das propriedades dosmateriais e das mudanças sofridas por estes. O ESTUDO DA QUÍMICAA perspectiva molecular da químicaA química envolve o estudo das propriedades edo comportamento da matéria.
    • Matéria é o material físico do universo; é tudoque tem massa e ocupa espaço.Nem todas as formas de matéria são tãocomuns ou tão familiares, mas inúmerosexperimentos têm mostrado que umavariedade enorme de matéria em nossoplaneta origina-se de combinações deaproximadamente apenas cem substânciasbásicas ou elementares chamadas elementos.
    • A química também proporciona uma basepara a compreensão das propriedades damatéria em termos de átomos, que são suaspartículas inifinitamente pequenas.Os átomos podem se combinar para formarmoléculas nas quais dois ou mais átomosestão ligados de forma específica.
    • Toda mudança no mundo observável - de águafervente a trocas que ocorrem à medida quenossos organismos combatem as virosesinvasoras - tem sua base no mundo nãoobservável dos átomos e moléculas. Assim, àmedida que prosseguirmos com nosso estudosobre química, perceberemos que estamospensando em dois universos: o universomacroscópico de objetos de tamanho normal(macro = grande) e o universo submicroscópicodos átomos.
    • Por que estudar química?A química fornece explicações importantessobre nosso mundo e como ele funciona.É uma ciência extremamente prática que temgrande impacto no dia-a-dia.A química encontra-se próxima do cerne devários problemas que preocupam a todos:
    •  Melhoria no tratamento da saúde; Conservação dos recursos naturais; Proteção do meio ambiente e suprimento de nossas necessidades diárias de alimentos; Vestuário e moradia.Usando a química, descobrimosmedicamentos que melhoram a saúde eprolongam a vida.
    • Aumentamos a produção de alimentos por meiodo desenvolvimento de fertilizantes epesticidas.Criamos plásticos e outros materiais que sãousados em todas as áreas. Infelizmente, algunsprodutos químicos apresentam grande potencialde causar dano à saúde ou ao meio ambiente.Nosso maior interesse como cidadãos econsumidores conscientes é entender osprofundos efeitos, tanto positivos quantonegativos,
    • Que um produto químico pode provocar echegar a um consenso sobre sua utilização. Classificação da MatériaEstados da matériaUma amostra de matéria pode ser um gás, umlíquido ou um sólido. Essas três formas dematéria são chamadas de estados da matéria.
    • Um gás não tem volume nem forma definida;mais especificamente assume o volume e aforma do recipiente que o contém. Um gáspode ser comprimido, para ocupar um volumemenor, ou expandido, para ocupar um volumemaior.Um líquido tem volume definido,independentemente do recipiente que ocontém, mas não tem uma forma definida;assume a forma da parte do recipiente que eleocupa.
    • Um sólido tem tanto forma quanto volumedefinidos; é rígido. Nem os líquidos nem os sólidospodem ser comprimidos a qualquer escalaapreciável.
    • Em um gás, as moléculas estão muito distantesumas das outras e movem-se com velocidadesmuito altas, colidindo repetidamente entre si econtra as paredes do recipiente.
    • Em um líquido, as moléculas estão maisempacotadas, mas ainda se movemrapidamente, permitindo-lhes desviar-se umasdas outras; assim, líquidos vertem-se facilmente.
    • Em um sólidos, as moléculas estão presas entresi, geralmente com arranjos definidos, nos quaiselas podem apenas oscilar superficialmente emsuas posições fixas. Portanto, sólidos têm formasrígidas.
    • Substâncias purasA maioria das formas de matéria queencontramos – por exemplo, o ar que respiramos(um gás), a gasolina para carros ( um líquido) eas calçadas por onde caminhamos (um sólido) –não são quimicamente puras. Entretanto,podemos decompor ou separar esses tipos dematéria em substâncias puras diferentes.
    • Todas as substâncias sãoelementos ou compostos.Os elementos não podemser decompostos emsubstâncias mais simples.Em nível molecular, cadaelemento é composto desomente um tipo deátomo.
    • Compostos sãoconstituídos de dois oumais elementos, logoeles contêm dois oumais tipos de átomos.
    • Mistura sãocombinações de duasou mais substânciasnas quais cada umamantém sua própriaidentidade química.
    • ElementosNa atualidade, existem 114 elementosconhecidos. A abundância desses elementosvaria bastante. Por exemplo, apenas cincoelementos respondem por mais de 90% da crostaterrestre : oxigênio, silício, alumínio, ferro e cálcio.Em contrapartida, apenas três elementos(oxigênio, carbono e hidrogênio) respondem pormais de 90% da massa do corpo humano.
    • CompostosA maioria dos elementos pode interagir com outroselementos para formar compostos. O gáshidrogênio, por exemplo, incendeia-se empresença do gás oxigênio para formar água.Reciprocamente, a água pode se decompor noselementos que a compõem com passagem deuma corrente elétrica.
    • A água decompõe-se emseus elementosconstituintes, hidrogênioe oxigênio, quando umacorrente elétrica diretapassa por ela. O volumede hidrogênio (à direita)é duas vezes maior queo volume do oxigênio (àesquerda).
    • MisturasA maioria das matérias que encontramosconsiste de misturas de diferentes substâncias.Cada substância em uma mistura mantém suaprópria identidade química e, consequentemente,suas propriedades. Enquanto substâncias purastêm composições fixas, as composições dasmisturas podem variar.
    • Uma xícara de café adoçado, por exemplo,pode conter pouco ou muito açucar. Assubstâncias que compõem uma mistura sãochamadas componentes da mistura.Algumas misturas, como areia, pedra e madeira,não têm a mesma composição, propriedades eaparência por toda a mistura. Elas sãoheterogêneas. Misturas que são uniformes sãohomogêneas.
    • Propriedades da matériaToda substância tem um conjunto único depropriedades – características que nos permitemreconhecê-las e distingui-las de outrassubstâncias.
    • As propriedades da matéria podem serclassificadas como físicas ou químicas. Aspropriedades físicas podem ser medidas semalterar a identidade e a composição dassubstâncias. Essas propriedades incluem cor,odor, densidade, ponto de fusão, ponto deebulição e dureza. As propriedades químicasdescrevem como uma substância pode sealterar ou reagir para formar outras.
    • Uma propriedade química comum é acapacidade de sofrer combustão. Algumaspropriedades – como temperatura, ponto defusão e densidade – não dependem daquantidade de amostra analisada. Essaspropriedades, chamadas propriedadesintensivas, são particularmente úteis na químicaporque muitas podem ser usadas para identificarsubstâncias.
    • As propriedades extensivas das substânciasdependem da quantidade de amostra e incluemmedidas de massa e volume. Elas estãorelacionadas com quantidade de substânciaspresente.Mudanças físicas e químicasDo mesmo modo que suas propriedades, asmudanças que as substâncias sofrem podem ser
    • Classificadas como físicas ou químicas.Durante as mudanças físicas uma substânciaapresenta alteração em sua aparência física,mas não em sua composição. Todas asmudanças de estado são mudanças físicas.Nas mudanças químicas (também chamadasde reações químicas) uma substância étransformada em uma substância quimicamentediferente.
    • Em reações químicas, as identidades das substânciasmudam. Neste caso, uma mistura de hidrogênio e oxigêniosofre uma mudança química para formar água.
    • Separação de misturasUma vez que cada componente de umamistura mantém suas propriedades, podemosseparar uma mistura em seus componentes,tirando vantagem das diferenças em suaspropriedades.Exemplo:Uma mistura heterogênea de limalha de ferro ede ouro pode ser separada uma a uma pela cor
    • do ferro e do ouro. Um modo menos trabalhososeria o uso de um ímã para atrair as limalhasde ferro, deixando o ouro para trás. Podemostambém tirar vantagem de uma diferençaquímica importante existente entre eles: muitosácidos dissolvem o ferro, mas não o ouro.Assim, se colocássemos a mistura em ácidoapropriado, o ferro se dissolveria e o ouro seriaignorado. Os dois poderiam então serseparados por filtração.
    • Separação por filtração.Uma mistura de umsólido e um líquido éderramada através deum filtro de porosidademédia, neste caso,papel. O líquido passapelo papel enquanto osólido é retido por ele
    • Podemos separar misturas homogêneas emseus componentes de maneira análoga. Porexemplo, a água tem um ponto de ebuliçãomaior do que o do sal de cozinha; ela é maisvolátil. Se fervermos uma solução de sal emágua, a água , que é mais volátil, evapora, e odo sal é ignorado. O vapor de água éconvertido de volta à forma líquida nas paredesdo condensador. Esse processo é chamadodestilação.
    • As diferentes capacidades das substâncias emaderir às superfícies de vários sólidos, comopapel e amido, podem ser usadas para separarmisturas. Esta é a base da cromatografia(literalmente “a escrita das cores”), uma técnicaque pode dar resultados maravilhosos.
    • Separação por cromatografia de papel da tinta de caneta em doiscomponentes. (a) A água começa a subir no papel. (b) A água move-seacima da marca de tinta de caneta, dissolvendo seus diferentescomponentes em diferentes proporções. (c) A água separou a tinta emseus diferentes componentes.
    • Muitas propriedades da matéria são quantitativas;isto é, são associadas a números. Quando umnúmero representa uma medida quantitativa, asunidades de grandeza devem sempre serespecificadas. Dizer que o comprimento de umlápis é 15,5 não significa nada. Dizer que é 15,5centímetros descreve adequadamente seucomprimento. As unidades usadas em medidascientíficas são as do sistema métrico.
    • Unidades SIEm 1960, chegou-se a um acordo internacionalespecificando uma escolha particular deunidades métricas para uso em medidascientíficas. Essas unidades preferenciais sãochamadas unidades SI, abreviatura de SystèmeInternational d´Unités. O sistema SI tem seteunidaes básicas das quais todas as outras sãoderivadas.
    • Comprimento e massaA unidade SI básica de comprimento é o metro (m).Massa é a medida da quantidade de material em umobjeto. A unidade SI básica de massa é o quilograma(kg).TemperaturaA escala Kelvin é a escala de temperatura no SI e aunidade SI de temperatura é o kelvin (K). K = °C + 273,15
    • O volume de um cubo é dado por seu comprimentocúbico (comprimento)3. Logo, a unidade básica SI devolume é o metro cúbico, ou m3, o volume de um cuboque tem 1 m em cada aresta. Unidades menores, taiscomo centímetros cúbicos, em3 (escrito algumas vezescomo cc), são freqüentemente usadas em química.Outra unidade de volume quase sempre usada emquímica é o litro (L), que é igual a um decímetro cúbico,dm3, e ligeiramente maior que uma quarta. O litro é aprimeira unidade métrica que encontramos e que não éuma unidade SI.
    • DensidadeA densidade é muito utilizada para caracterizarsubstâncias. É definida como a quantidade de massaem unidade de volume de substância:A densidade de sólidos e líquidos é, em geral,expressa em unidades de gramas por centímetrocúbico (g/cm3) ou grama por mililitro (g/mL).
    • Incerteza na medidaExistem dois tipos de números em um trabalhocientífico:Números exatos: aqueles cujos valores são conhecidoscom exatidão.Números inexatos: aqueles cujos valores têm algumaincerteza.A maioria dos números exatos tem valores definidos.Por exemplo, existem exatamente 12 ovos em umadúzia, exatamente 1000g em um kilograma eexatamente 2,54 cm em uma polegada.
    • Os números obtidos a partir de medidas são sempreinexatos. Existem sempre limitações intrínsecas nosequipamentos usados para medir grandezas (erro deequipamentos) e diferenças em medições realizadascom o mesmo instrumento por pessoas diferentes (errohumano). Suponha que dez estudantes com dezbalanças diferentes recebam a mesma moeda brasileirade dez centavos para pesar. As dez medidas variarãomuito ligeiramente. As balanças podem estar calibradasde forma um pouco diferente e poderá haver diferençasna leitura que cada estudante faz da massa da balança.
    • Precisão e exatidão