Aula 06 Estados da materia - sólidos, líquidos e gases - Prof. Nelson Virgilio

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Aula do Curso de Quimica Geral e Experimental da Faculdade de Ciências e Tecnologia Area1
1o. semestre 2010
Prof. Nelson Virgílio de Carvalho Filho

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  • SLIDE 7 - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA: AS MUDANÇAS DE ESTADO As mudanças de estado são transformações físicas que ocorrem nas substâncias, motivadas, por exemplo, por um aumento ou diminuição de temperatura ou de pressão, levando a uma alteração no estado de agregação das partículas. Você já ouviu falar do PLASMA ?
  • SLIDE 8 - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – PLASMA – 4º ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA: PLASMA: Para quem não conhece, o plasma se caracteriza pela presença de íons superaquecidos que constituem o chamado gás ionizado, uma forma diferente do estado gasoso. Cientistas o batizaram de quarto estado físico da matéria. Na composição das estrelas, do cosmo, podemos encontrar matéria nesse estado. Não é preciso ir ao espaço para ver de perto, podemos encontrar substâncias no estado físico de plasma em nossa própria casa, um exemplo é o material presente no interior das lâmpadas fluorescentes (lâmpadas de Tungstênio). Fonte: http://www.mundoeducacao.com.br/quimica/o-fogo-possui-estado-fisico.htm PLASMA: O 4º ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA Podemos dizer que o estado físico da matéria está diretamente relacionado à temperatura e à pressão em que está submentido. O que ocorre com um material que já está no estado gasoso aprisionado em um recipiente e continuar a receber energia? - Sua temperatura aumentará cada vez mais, até o ponto onde mudará novamente de estado físico, assumindo assim a forma de PLASMA - o 4º estado da matéria.  Neste estado a temperaturas superiores a temperatura de ebulição, o movimento dos átomos do gás torna-se cada vez mais enérgico e frequente, provocando choques cada vez mais fortes entre eles. Como resultado destes choques, os elétrons começam a se separar tornando-se íons, portanto o plasma consiste em uma coleção de íons positivos, elétrons e átomos neutros coexistindo em proporções variadas. Apesar dos átomos estarem separados como íons, o plasma é um sistema neutro. Por exemplo para se obter o plasma d'água, basta aumentar a energia cinética das moléculas aprisionadas dentro de um tubo de vidro em baixa pressão, para isto pode-se recorrer a um forno de microondas cuja freqüência é determinada para excitar moléculas de água, aumentado a temperatura do vapor d'água até o ponto em que ocorre a formação de "plasma d'água". Neste estado observa-se que o tubo de vidro passa a emitir luz em tons de azul, típica do plasma de água. As propriedades do plasma são muito diferentes dos gases, devido a interação destas cargas. Por exemplo; o plasma conduz corrente elétrica, enquanto os gases não conduzem. Justamente, devido à energia cinética das partículas que constituem o plasma, representando mais de 90% da matéria visível do Universo. O sol e qualquer outra estrela, que constituem a maior parte da massa do cosmos, são formados por plasma, onde a temperatura chega a várias dezenas de milhões de graus. Em todos os lugares onde a matéria está extraordinariamente quente, ela encontra-se no estado plásmico. A energia que chega aos nossos olhos em forma de luz é resultado das fusão entre as partículas que ocorrem continuamente nestes corpos celestes. O plasma também está presente no espaço interestrelar e nas proximidades dos campos magnéticos que rodeiam os planetas. Enfim, tudo que nós vemos nos céus é plasma. Como resultado da ação de campos elétricos, o plasma também se forma, discretamente, nas lâmpadas de néon ou de sódio, constituídas por gases ionizados. Porém, o estado plásmico de uma substância gasosa pode surgir a temperaturas relativamente baixas de acordo com a composição do gás. A chama de uma vela e a luminescência de uma lâmpada fluorescente são alguns exemplos. Aplicações tecnológicas do plasma inclui: retificadores de mercúrio, chaves a arco para transmissão e controle de eletricidade. Lâmpadas fluorescentes, fontes intensas de luz de plasma excitado por microondas e telas planas a plasma são ainda outras aplicações de descargas em gás. Fonte: http://www.medio.com.br/index.php?option=com_content&task=view&id=440&Itemid=100
  • SLIDE - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA: QUINTO ESTADO – Não existe na natureza
  • SLIDE 9 - PROPRIEDADES DA MATÉRIA – ... E TEM MAIS? Em 1995, físicos da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos (EUA) *, concentraram e congelaram um conjunto de 2 mil átomos de rubídio a uma temperatura de apenas 170 bilionésimos de grau acima do zero absoluto (273 graus Celsius negativos). Com isso, pela primeira vez construíram um condensado de Bose-Einstein – uma minúscula porção de matéria cujas partículas se comportam de maneira extremamente organizada, vibrando com a mesma energia e a mesma direção, como se constituíssem um único superátomo. Esse é o quinto estado da matéria , previsto pelo físico alemão Albert Einstein e pelo matemático indiano Satyendra Nath Bose , em 1924. Somente no quinto estado a organização chega ao extremo. Nele, todas as partículas movem-se coordenadamente, na mesma direção e em velocidade idêntica. Até o feito dos cientistas norte-americanos, somente se conhecia tal organização na luz. No raio laser, todos os raios luminosos alinham-se perfeitamente. Agora os pesquisadores acreditam que com o condensado de Bose-Einstein será possível construir um laser de matéria. Ondas de matéria fluindo com a mesma energia e na mesma direção constituem um instrumento valioso para o estudo das partículas atômicas. (*) Por seus trabalhos, Wolfgang Ketterle, Eric Cornell e Carl Wieman ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2001 Outros estados da matéria Existem outros possíveis estados da matéria; alguns destes só existem sob condições extremas, como no interior de estrelas mortas, ou no começo do universo depois do Big Bang : Fluidos supercríticos Colóide Superfluido Supersólido Matéria degenerada Neutrônio Matéria fortemente simétrica Matéria debilmente simétrica Condensado fermiônico Plasma de quarks-glúons Matéria estranha ou materia de quark Fonte: wikipédia
  • SLIDE 10 - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – MUDAÇAS DE ESTADO: AS MUDANÇAS DE ESTADO - ESQUEMA As mudanças de estado são transformações físicas que ocorrem nas substâncias, motivadas, por exemplo, por um aumento ou diminuição de temperatura ou de pressão , levando a uma alteração no estado de agregação das partículas. Fornecendo Energia ao Sistema : Neste sentido o sistema precisa ser aquecido, isto é, absorve calor (transformação endotérmica) FUSÃO: é a passagem do estado sólido para o líquido. VAPORIZAÇÃO: é a passagem do estado líquido para o gasoso (gás ou vapor). Este processo pode ocorre de forma natural (evaporação) ou adicionando energia (ebulição). Evaporação – é a vaporização lenta, que ocorre na superfície do líquido, sem agitação nem surgimento de bolhas. Ebulição – é a vaporização rápida, com agitação do líquido e aparecimento de bolhas. Calefação – é uma vaporização muito rápida, com gotas do líquido “pulando” em contato com uma superfície ultra-aquecida. SUBLIMAÇÃO: é a passagem do estado sólido diretamente para o estado gasoso Retirando Energia do Sistema : Neste sentido o sistema é resfriado, isto é libera o calor que havia recebido (transformação exotérmica) LIQUEFAÇÃO ou CONDENSAÇÃO: é a passagem do gás ou vapor pra o estado líquido. SOLIDIFICAÇÃO: é a passagem do estado líquido para o sólido. Observação: Comentar sobre a tabela que relaciona as mudanças de estado físico com a absorção e liberação de calor para a água.
  • SLIDE 11 - PROPRIEDAES DA MATÉRIA – CURVA DE AQUECIMENTO (SIMULAÇÃO) Imagine você pegando cubos de gelo de seu congelador e colocando-o numa panela em seu fogão. Se você medir a temperatura do gelo, verá que ele chega a -5º Celsius ou menos. Se você observar a temperatura em quando aquece o gelo, perceberá que a temperatura dele começa a aumentar por causa do calor do fogo, e porque as partículas começam a vibrar, cada vez mais rápidas, na estrutura cristalina. Depois de alguma tempo, algumas das partículas se movem tão rápido que elas se libertam da estrutura, e a estrutura cristalina (que mantém um sólido rígido) finalmente se parte. O sólido começa a sair do estado sólido para o estado líquido – Este processo se chama fusão . A temperatura na qual a fusão ocorre é chamada de ponto de fusão para o gelo é de 32º Fahrenheit, ou 0º Celsius. (2) Se você continuar observando a temperatura do gelo enquanto ele derrete, verá que ela permanece estável em 0º C até todo gelo ser derretido. Obs.: Durante a mudança de estado (fase), a temperatura permanece constante, mesmo que o líquido contenha mais energia do que o gelo (porque as partículas nos líquidos se movem mais rapidamente do que as partículas nos sólidos). Se você continuar a aquecer a panela com os cubos de gelo já derretidos, a temperatura da água aumenta e as partículas vão se movendo cada vez mais rápidas assim que absorvem o calor. A temperatura aumenta até a água alcançar a próxima mudança de estado – ebulição . Na medida em que as partículas vão se movendo mais rápido até se aquecerem, elas começam a quebrar as forças de atração existentes entre si, deslocando-se livremente na forma de vapor ou gás. O processo pelo qual a substancia transita do estado líquido para o gasoso é conhecido como ebulição. A temperatura em que o líquido começa a ferver é conhecida como ponto de ebulição (PE). O PE depende da pressão atmosférica, e para a água ao nível do mar, ela é de 212º F ou 100º C. A temperatura da água fervente vai permanecer constante até que toda água seja convertida em vapor. – Pergunta: O que é mais grave queimaduras causadas por vapor d’água ou por água fervente (considerando a área atingida e o tempo de exposição semelhantes) ou Quem tem mais energia a água fervente ou vapor d’ água? Resposta: Você pode ter tanto água quanto vapor ao atingir 100º C, eles terão a mesma temperatura, mas o vapor terá muito mais energia (porque as partículas se movimentam de forma independente bem mais rápidas). Logo queimaduras causadas pelo vapor são normalmente mais sérias do que as causadas pela água fervente, ou seja muito mais energia é transferida para pele. Animação 1 - Curva de aquecimento da água pura, a partir da sua fase sólida, passando pela fase líquida até à fase gasosa (LAPEQ-FEUSP – 2005) Ponto Vermelho : No aquecimento ou no resfriamento de substâncias puras , a temperatura permanece constante ( no PF ou de PE) enquanto a mudança de estado físico estiver ocorrendo. (TITO e CANTO VOL 1 – pg. 26)
  • Aula 06 Estados da materia - sólidos, líquidos e gases - Prof. Nelson Virgilio

    1. 1. Química Geral e Experimental 1º. Sem./2010 Engenharias
    2. 2. <ul><li></li></ul>
    3. 3. <ul><li></li></ul>
    4. 4. <ul><li></li></ul><ul><ul><li>Estrutura Atômica </li></ul></ul><ul><ul><li>Periodicidade Química </li></ul></ul><ul><ul><li>Estrutura Atômica e Espectroscopia - Teste de Chama </li></ul></ul><ul><ul><li>Ligações Químicas </li></ul></ul><ul><ul><li>Estados Físicos da Matéria </li></ul></ul><ul><li>Avaliação: Nota Relatório 1º. Experimento </li></ul>Programa – I Unid.
    5. 5. <ul><li></li></ul><ul><ul><li>Tipos de Sólidos Cristalinos (iônicos; covalentes; moleculares; metálicos) </li></ul></ul><ul><ul><li>Eletroquímica </li></ul></ul><ul><ul><li>Células Galvânicas e Células Eletrolíticas </li></ul></ul><ul><ul><li>Funções Inorgânicas: ácidos, bases, sais e óxidos. </li></ul></ul><ul><ul><li>Funções Orgânicas: hidrocarbonetos saturados e insaturados, compostos oxigenados, nitrogenados e sulfurados. </li></ul></ul><ul><li>Avaliação: 04/06 (Conforme Calendário Area1) </li></ul>Programa – II Unid.
    6. 6. Ligação de hidrogênio Forças Intermoleculares
    7. 7. Ligação de hidrogênio  +  -  +  -  +  -  +  - Forças Intermoleculares
    8. 8. <ul><li>Ligação de hidrogênio </li></ul><ul><li>As ligações de hidrogênio são responsáveis pela: </li></ul><ul><ul><li>Flutuação do gelo </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Os sólidos são normalmente mais unidos do que os líquidos; </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Portanto, os sólidos são mais densos do que os líquidos. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>O gelo é ordenado com uma estrutura aberta para otimizar a ligação H. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Conseqüentemente, o gelo é menos denso do que a água. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Na água, o comprimento da ligaçao H-O é 1,0 Å. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>O comprimento da ligação de hidrogênio O…H é 1,8 Å. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>O gelo tem águas ordenadas em um hexágono regular aberto. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Cada  + H aponta no sentido de um par solitário no O. </li></ul></ul></ul>Forças Intermoleculares
    9. 9. Ligação de hidrogênio Forças Intermoleculares
    10. 10. Forças Intermoleculares
    11. 11. Forças Intermoleculares
    12. 12. <ul><li>Viscosidade </li></ul><ul><li>Viscosidade é a resistência de um líquido em fluir. </li></ul><ul><li>Um líquido flui através do deslizamento das moléculas sobre outras. </li></ul><ul><li>Quanto mais fortes são as forças intermoleculares, maior é a viscosidade. </li></ul>Algumas Propriedades dos Líquidos
    13. 13. Viscosidade Algumas Propriedades dos Líquidos
    14. 14. Tensão superficial <ul><li>Tensão superficial </li></ul><ul><li>As moléculas volumosas (no líquido) são igualmente atraídas pelas suas vizinhas. </li></ul>forças de adesão forças de coesão Algumas Propriedades dos Líquidos
    15. 15. <ul><li>Tensão superficial </li></ul><ul><li>As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas. </li></ul><ul><ul><li>Conseqüentemente, as moléculas da superfície estão mais densamente empacotadas do que as moléculas volumosas. </li></ul></ul><ul><li>A tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área superficial de um líquido. </li></ul><ul><li>As forças de coesão ligam as moléculas entre si. </li></ul><ul><li>As forças de adesão ligam as moléculas a uma superfície. </li></ul>Algumas Propriedades dos Líquidos
    16. 16. Menisco da água comparando com o menisco do mercúrio forças coesão > forças adesão forças adesão > forças coesão Algumas Propriedades dos Líquidos
    17. 17. <ul><li>Tensão superficial </li></ul><ul><li>Menisco é a forma da superfície do líquido. </li></ul><ul><ul><li>Quando as forças de adesão entre o líquido e a superfície (vidro) são mais fortes do que as forças de coesão do líquido, a superfície do líquido é atraída para a superfície do recipiente. Portanto, o menisco tem formato de U (ex.: água em um copo). </li></ul></ul><ul><ul><li>Quando as forças de coesão são maiores do que as forças de adesão, o menisco é curvo para baixo (ex.: Hg). </li></ul></ul><ul><li>Ação capilar : Quando um tubo de vidro estreito é colocado em água, o menisco puxa a água para o topo do tubo. </li></ul>Algumas Propriedades dos Líquidos
    18. 18. ... é a proximidade das partículas que a constitui. Essa característica obedece a fatores como: Força de Atração: as moléculas se aproximem umas das outras. Força de Repulsão: as moléculas se afastem umas das outras. Mudanças de Fase O que é que determina o estado físico da matéria?
    19. 19. Adição de energia Outros estados físicos da matéria
    20. 20. <ul><li>Composição das estrelas e do Cosmo </li></ul><ul><li>Raios </li></ul><ul><li>Aurora Boreal </li></ul><ul><li>Lâmpadas fluorescentes </li></ul><ul><li>TV Plasma </li></ul>o plasma se caracteriza pela presença de íons superaquecidos que constituem o chamado gás ionizado, uma forma diferente do estado gasoso PLASMA - 4º. estado físico da matéria
    21. 21. Liberação de energia Outros estados físicos da matéria
    22. 22. ... e tem mais ?
    23. 23. DEPOSIÇÃO FUSÃO VAPORIZAÇÃO CONGELAMENTO CONDENSAÇÃO SUBLIMAÇÃO <ul><li>A vaporização, pode ocorrer: </li></ul><ul><li>sem bolhas – Evaporação (temp. amb.) </li></ul><ul><li>com bolhas – Ebulição (fervura) </li></ul>LIQUEFAÇÃO Mudanças de Fase
    24. 24. VAPORIZAÇÃO CONDENSAÇÃO FUSÃO CONGELAMENTO SUBLIMAÇÃO DEPOSIÇÃO Mudanças de Fase PROCESSO CALOR ABSORVIDO FUSÃO 80 cal/g VAPORIZAÇÃO 600 cal/g SUBLIMAÇÃO 680 cal/g PROCESSO CALOR LIBERADO CONDENSAÇÃO 600 cal/g CONGELAMENTO 80 cal/g DEPOSIÇÃO 680 cal/g
    25. 25. Mudanças de Fase
    26. 26. <ul><li>Variações de energia acompanhado as mudanças de fase </li></ul><ul><li>Processos com Absorção de Calor </li></ul><ul><li>Sublimação :  H sub > 0 (endotérmica). </li></ul><ul><li>Vaporização :  H vap > 0 (endotérmica). </li></ul><ul><li>Derretimento ou Fusão :  H fus > 0 (endotérmica). </li></ul><ul><li>Processos com Liberação de Calor </li></ul><ul><li>Deposição :  H dep < 0 (exotérmica). </li></ul><ul><li>Condensação :  H cond < 0 (exotérmica). </li></ul><ul><li>Congelamento :  H cong < 0 (exotérmica). </li></ul>Mudanças de Fase
    27. 27. <ul><li>Variações de energia acompanhando as mudanças de fase </li></ul><ul><li>Geralmente o calor de fusão (entalpia de fusão) é menor do que o calor de vaporização : </li></ul><ul><ul><li>mais energia é gasta para separar completamente as moléculas do que para separá-las parcialmente. </li></ul></ul>Mudanças de Fase PROCESSO CALOR ABSORVIDO FUSÃO 80 cal/g VAPORIZAÇÃO 600 cal/g SUBLIMAÇÃO 680 cal/g
    28. 28. Mudanças de Fase
    29. 29. <ul><li>Curvas de aquecimento </li></ul><ul><li>O gráfico de variação da temperatura versus calor fornecido é uma curva de aquecimento. </li></ul><ul><li>Durante a mudança de fase, a adição de calor não provoca nenhuma variação na temperatura. </li></ul><ul><ul><li>Esses pontos são usados para calcular o  H fus e o  H vap . </li></ul></ul><ul><li>Super-resfriamento : ocorre quando um líquido é resfriado abaixo de seu ponto de fusão e ele permanece como um líquido. </li></ul><ul><li>Atingido através da manutenção da temperatura baixa e do aumento da energia cinética para a quebra das forças intermoleculares. </li></ul>Mudanças de Fase
    30. 30. No aquecimento ou no resfriamento de substâncias puras, a temperatura permanece constante enquanto a mudança de estado físico estiver ocorrendo Curva de aquecimento (Simulação)
    31. 31. <ul><li>Temperatura e pressão críticas </li></ul><ul><li>Existe uma diferença entre vapor e gás ? </li></ul><ul><li>O gás é um estado da matérial onde seus constituintes se encontram muito afastado (baixa interação) </li></ul><ul><li>Como uma substância gasosa pode passar para o estado líquido? </li></ul><ul><li>Abaixando a “T” ou aumentando a “P” </li></ul><ul><li>Dados experimentais demonstram que para cada substância existe uma Temperatura Crítica acima da qual ela só pode retornar ao estado líquido com o abaixamento da “T” (a “P” não atua) </li></ul><ul><li>Temperatura crítica : a temperatura mínima para liquefação de um gás utilizando pressão. </li></ul><ul><li>Pressão crítica : a pressão necessária para a liquefação. </li></ul>Mudanças de Fase
    32. 32. Temperatura e pressão críticas Mudanças de Fase
    33. 33. <ul><li>Explicando a pressão de vapor no nível molecular </li></ul><ul><li>Algumas das moléculas na superfície de um líquido têm energia suficiente para escaparem da atração do líquido volumoso. </li></ul><ul><li>Essas moléculas se movimentam na fase gasosa. </li></ul><ul><li>À medida que aumenta o número de moléculas na fase gasosa, algumas das moléculas atingem a superfície e retornam ao líquido. </li></ul><ul><li>Após algum tempo, a pressão do gás será constante à pressão de vapor. </li></ul>Pressão de Vapor
    34. 34. Explicando a pressão de vapor no nível molecular <ul><li>(a) supondo que não existem moléculas na fase gasosa – P=0 </li></ul>Pressão de Vapor
    35. 35. <ul><li>Explicando a pressão de vapor no nível molecular </li></ul><ul><li>Equilíbrio termodinâmico: o ponto em que tantas moléculas escapam da superfície quanto as que atingem. </li></ul><ul><li>A pressão de vapor é a pressão exercida quando o líquido e o vapor estão em equilíbrio dinâmico. </li></ul><ul><li>Volatilidade, pressão de vapor e temperatura </li></ul><ul><li>Se o equilíbrio nunca é estabelecido, então o líquido evapora. </li></ul><ul><li>As substâncias voláteis evaporam rapidamente. </li></ul>Pressão de Vapor
    36. 36. <ul><li>Volatilidade, pressão de </li></ul><ul><li>vapor e temperatura </li></ul><ul><li>Quanto mais alta for a temperatura, mais alta a energia cinética média, mais rapidamente o líquido evaporará. </li></ul>Pressão de Vapor
    37. 37. Volatilidade, pressão de vapor e temperatura Pressão de Vapor
    38. 38. 1 atm Pressão de Vapor
    39. 39. <ul><li>Pressão de vapor e ponto de ebulição </li></ul><ul><li>Os líquidos entram em ebulição quando a pressão externa se iguala à pressão de vapor. </li></ul><ul><li>A temperatura do ponto de ebulição aumenta à medida que a pressão aumenta. </li></ul>Pressão de Vapor
    40. 40. <ul><li>Pressão de vapor e ponto de ebulição </li></ul><ul><li>Duas maneiras de levar um líquido à ebulição: aumentar a temperatura ou diminuir a pressão. </li></ul><ul><ul><li>As panelas de pressão operam a alta pressão. A alta pressão o ponto de ebulição da água é mais alto do que a 1 atm. Conseqüentemente, há uma temperatura mais alta em que a comida é cozida, reduzindo o tempo necessário de cozimento. </li></ul></ul><ul><li>O ponto de ebulição normal é o ponto de ebulição a 760 mmHg (1 atm). </li></ul>Pressão de Vapor
    41. 41. <ul><li>Diagrama de fases: gráfico da pressão versus temperatura resumindo todos os equilíbrios entre as fases. </li></ul><ul><li>Dada uma temperatura e uma pressão, os diagramas de fases nos dizem qual fase existirá. </li></ul><ul><li>Qualquer combinação de temperatura e pressão que não esteja em uma curva representa uma fase única. </li></ul>Diagrama de Fases
    42. 42. Diagrama de Fases
    43. 43. Diagrama de Fases
    44. 44. <ul><li>Características de um diagrama de fases: </li></ul><ul><ul><li>(A) Ponto triplo: temperatura e pressão nas quais todas as três fases estão em equilíbrio. </li></ul></ul><ul><ul><li>(B) Ponto crítico: temperatura e pressão críticas para o gás. </li></ul></ul><ul><ul><li>(C) Ponto de equilíbrio sólido-gás </li></ul></ul><ul><ul><li>(D) Ponto de equilíbrio sólido-líquido </li></ul></ul><ul><ul><li>Curva de pressão-vapor: geralmente, à medida que a pressão aumenta, a temperatura aumenta. </li></ul></ul><ul><ul><li>Curva de ponto de fusão: à medida que a pressão aumenta, a fase sólida é favorecida, se o sólido é mais denso do que o líquido. </li></ul></ul><ul><ul><li>Ponto de fusão normal: ponto de fusão a 1 atm. </li></ul></ul>Diagrama de Fases
    45. 45. Diagramas de fases de H 2 O e CO 2 Diagrama de Fases
    46. 46. <ul><li>Diagramas de fases de H 2 O e CO 2 </li></ul><ul><li>Água: </li></ul><ul><ul><li>A curva do ponto de fusão inclina para a esquerda porque o gelo é menos denso do que a água. </li></ul></ul><ul><ul><li>O ponto triplo ocorre a 0,0098  C e a 4,58 mmHg. </li></ul></ul><ul><ul><li>O ponto de fusão (congelamento) é 0  C. </li></ul></ul><ul><ul><li>O ponto de ebulição normal é 100  C. </li></ul></ul><ul><ul><li>O ponto crítico é 374  C e 218 atm. </li></ul></ul>Diagrama de Fases
    47. 47. <ul><li>Diagramas de fases de H 2 O e CO 2 </li></ul><ul><li>Dióxido de carbono: </li></ul><ul><ul><li>O ponto triplo ocorre a -56,4  C e a 5,11 atm. </li></ul></ul><ul><ul><li>O ponto de sublimação normal é -78,5  C. (A 1 atm, o CO 2 sublima, ele não funde.) </li></ul></ul><ul><ul><li>O ponto crítico ocorre a 31,1  C e a 73 atm. </li></ul></ul>Diagrama de Fases
    48. 48. <ul><li>Extração por fluído supercrítico </li></ul><ul><li>A solubilidade do naftaleno em CO 2 supercrítico a 45 o C </li></ul>Diagrama de Fases
    49. 49. <ul><li>Extração por fluído supercrítico </li></ul><ul><li>A solubilidade do naftaleno em CO 2 supercrítico a 45 o C </li></ul><ul><li>O material a ser processado é colocado no extrator. O material que se deseja extrair dissolve-se no CO2 supercrítico a alta “P”; aseguir é preciptado no separador quando a pressão de CO2 for reduzida. O CO2 é reciclado por compressor com uma quantidade fresca de material no extrator </li></ul>Diagrama de Fases
    50. 50. <ul><li>O que são os Cristais Líquidos? </li></ul><ul><li>O Cristal Líquido é um estado da matéria intermediário entre o estado sólido e o líquido: um estado mesomórfico (do Grego mesos morphe : entre dois estados). </li></ul><ul><li>O cristal líquido também pode ser definido como sendo um líquido 'orientacionalmente ordenado' ou um sólido 'posicionalmente desordenado‘. </li></ul>Cristais Líquidos
    51. 51. O que são os Cristais Líquidos? Cristais Líquidos
    52. 52. <ul><li>O que é um sólido ? </li></ul><ul><li>Parece óbvio áte uma criança tem uma boa explicação </li></ul><ul><li>Mas para um químico, temos que olhar para sua estrutura atômica, então … </li></ul><ul><li>“ Um sólido é uma substância que apresenta suas partículas constituintes dispostas num arranjo regularmente ordenado” </li></ul>
    53. 53. <ul><li>Seria correto afirmar que os sólidos apresentam volumes e formas definidas ? </li></ul><ul><li>Será ?! </li></ul><ul><li>E a dilatação térmica ? </li></ul><ul><li>Sob o efeito da Pressão o que acontece ? </li></ul>
    54. 54. <ul><li>O que são cristais ? </li></ul><ul><li>Um cristal é um sólido formado por arrajos internos de átomos e moléculas regularmente repetidas, e é distinguido pelas suas faces externas planas. </li></ul><ul><li>Como podemos provar isso ? </li></ul><ul><li>Através da técnica chamada ... </li></ul><ul><li>Difração de Raio X </li></ul><ul><li>Como ondas revelam a estrutura atômica de  cristais?  </li></ul>
    55. 55. <ul><li>Conhecendo a Difração de Raio X </li></ul><ul><li>Como ondas revelam a estrutura atômica de  cristais?  </li></ul>Max von Laue 1879 - 1960 É baseado num conceito muito simples ... Qualquer radiação eletromagnética pode sofrer desvio de sua trajetória, basta passar por uma barreira “grade de difração”. Entendeu ? Há “grade de difração” é uma séria de objetos (lentes ou átomos) colocados de uma maneira regular a uma distância aproximadamente igual à o comprimento de onda da radiação
    56. 56. Conhecendo a Difração de Raio X
    57. 58. <ul><li>A Difratometria de raio X é uma das principais técnica de caracterização microestrutural de matérias cristalinos </li></ul><ul><li>engenharia e ciências dos materiais </li></ul><ul><li>engenharias metalúrgicas, química e de minas </li></ul><ul><li>geociências </li></ul>
    58. 59. <ul><li>Células unitárias </li></ul><ul><li>Sólido cristalino : arranjo definido e bem ordenado de moléculas, átomos ou íons. </li></ul><ul><li>Os cristais têm uma estrutura ordenada, que se repete. </li></ul><ul><li>A menor unidade que se repete em um cristal é uma célula unitária. </li></ul><ul><li>A célula unitária é a menor unidade com toda a simetria de um cristal inteiro. </li></ul><ul><li>Uma pilha tridimensional de células unitárias é a rede cristalina. </li></ul>
    59. 60. Célula unitária Estruturas dos sólidos
    60. 61. <ul><li>Células unitárias </li></ul><ul><li>Três tipos comuns de células unitárias. </li></ul><ul><ul><li>Cúbica primitiva , átomos nas extremidades de um cubo simples, </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>cada átomo é compartilhado por oito células unitárias. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Cúbica de corpo centrado (ccc), átomos nos vértices de um cubo mais um no centro do corpo do cubo. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Os átomos das extremidades são compartilhados por oito células unitárias, e o átomo central está completamente incluso em uma célula unitária. </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>Cúbica de face centrada (cfc), átomos nas extremidades de um cubo mais um átomo no centro de cada face do cubo. </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>os átomos das extremidades são compartilhados por oito células unitárias, e os átomos das faces são compartilhados por duas células unitárias. </li></ul></ul></ul>Estruturas dos sólidos
    61. 62. Células unitárias Estruturas dos sólidos
    62. 63. Células unitárias Estruturas dos sólidos
    63. 64. Células unitárias Estruturas dos sólidos
    64. 65. <ul><li>A estrutura cristalina do cloreto de sódio </li></ul><ul><li>Duas maneiras equivalentes de definir a célula unitária: </li></ul><ul><ul><li>os íons de Cl - (maiores) estão nas extremidades da célula, ou </li></ul></ul><ul><ul><li>os íons de Na + (menores) estão nas extremidades da célula. </li></ul></ul><ul><li>A proporção cátion-ânion em uma célula unitária é a mesma para o cristal. No NaCl, cada célula unitária contém o mesmo número de íons de Na + e de Cl - . </li></ul><ul><li>Observe que a célula unitária para o CaCl 2 precisa de duas vezes mais íons Cl - do que íons Ca 2+ . </li></ul>Estruturas dos sólidos
    65. 66. A estrutura cristalina do cloreto de sódio Estruturas dos sólidos
    66. 67. A estrutura cristalina do cloreto de sódio Estruturas dos sólidos
    67. 68. <ul><li>Empacotamento denso de esferas </li></ul><ul><li>Os sólidos têm forças intermoleculares máximas. </li></ul><ul><li>As moléculas podem ser modeladas por esferas. </li></ul><ul><li>Os átomos e íons são esferas. </li></ul><ul><li>Os cristais moleculares são formados através de empacotamento denso de moléculas. </li></ul><ul><li>Racionalizamos a força intermolecular máxima em um cristal através do empacotamento denso de esferas. </li></ul>Estruturas dos sólidos
    68. 69. <ul><li>Empacotamento denso de esferas </li></ul><ul><li>Quando as esferas são empacotadas da maneira mais densa possível, há pequenos espaços entre as esferas adjacentes. </li></ul><ul><li>Os espaços são denominados orifícios intersticiais. </li></ul><ul><li>Um cristal é formado pela superposição de camadas de esferas densamente empacotadas. </li></ul><ul><li>Existe apenas uma posição para a segunda camada de esferas. </li></ul>Estruturas dos sólidos
    69. 70. <ul><li>Empacotamento denso de esferas </li></ul><ul><li>Existem duas opções para a terceira camada de esferas: </li></ul><ul><ul><li>A terceira camada fica eclipsada com a primeira (arranjo ABAB). Esse é chamado de empacotamento denso hexagonal (edh). </li></ul></ul><ul><ul><li>A terceira camada está em uma posição diferente em relação à primeira (arranjo ABCABC). Esse é chamado de empacotamento denso cúbico (edc). </li></ul></ul>Estruturas dos sólidos
    70. 71. Empacotamento denso de esferas Estruturas dos sólidos
    71. 72. <ul><li>Empacotamento denso de esferas </li></ul><ul><li>Cada esfera é cercada por 12 outras esferas (6 em um plano, 3 acima e 3 abaixo). </li></ul><ul><li>Número de coordenação: é o número de esferas que cerca diretamente uma esfera central. </li></ul><ul><li>Os empacotamentos densos hexagonal e cúbico são diferentes das células unitárias cúbicas. </li></ul><ul><li>Se são utilizadas esferas de tamanhos diferentes, as esferas menores são colocadas em orifícios intersticiais. </li></ul>Estruturas dos sólidos
    72. 73. <ul><li>Existem quatro tipos de sólidos: </li></ul><ul><ul><li>Moleculares (formados a partir de moléculas) – normalmente macios, com pontos de ebulição baixos e condutividade ruim. </li></ul></ul><ul><ul><li>Rede covalente (formada de átomos) – muito duros, com pontos de fusão muito altos e condutividade ruim. </li></ul></ul><ul><ul><li>Iônicos (formados de íons) – duros, quebradiços, com pontos de ebulição altos e condutividade ruim. </li></ul></ul><ul><ul><li>Metálicos (formados a partir de átomos de metais) – macios ou duros, pontos de ebulição altos, boa condutividade, maleáveis e dúcteis. </li></ul></ul>Ligação nos sólidos
    73. 74. Ligação nos sólidos
    74. 75. <ul><li>Sólidos moleculares </li></ul><ul><li>Forças intermoleculares: dipolo-dipolo, dispersão de London e ligações de H. </li></ul><ul><li>Forças intermoleculares fracas dão origem a baixos pontos de fusão. </li></ul><ul><li>Gases e líquidos à temperatura ambiente normalmente formam sólidos moleculares em baixa temperatura. </li></ul><ul><li>O empacotamento denso de moléculas é importante (já que elas não são esferas regulares). </li></ul>Ligação nos sólidos
    75. 76. <ul><li>Sólidos covalentes </li></ul><ul><li>Forças intermoleculares: dipolo-dipolo, dispersão de London e ligações de H. </li></ul><ul><li>Átomos mantidos unidos em redes grandes. </li></ul><ul><li>Exemplos: diamante, grafite, quartzo (SiO 2 ), silicone carbide (SiC) e nitrito de boro (BN). </li></ul><ul><li>No diamante: </li></ul><ul><ul><li>Cada átomo de C tem um número de coordenação igual a 4; cada átomo de C é tetraédrico, há um arranjo tridimensional de átomos. </li></ul></ul><ul><ul><li>O diamante é duro e tem um alto ponto de fusão (3550  C). </li></ul></ul>Ligação nos sólidos
    76. 77. Sólidos covalentes Ligação nos sólidos
    77. 78. <ul><li>Sólidos covalentes </li></ul><ul><li>No grafite </li></ul><ul><ul><li>cada átomo de C é ordenado em um anel hexagonal plano; </li></ul></ul><ul><ul><li>camadas de anéis interconectados são sobrepostas; </li></ul></ul><ul><ul><li>a distância entre os átomos de C é próxima à do benzeno (1,42 Å versus 1,395 Å no benzeno); </li></ul></ul><ul><ul><li>a distância entre as camadas é grande (3,41 Å); </li></ul></ul><ul><ul><li>Os elétrons movimentam-se em orbitais deslocalizados (bom condutor). </li></ul></ul>Ligação nos sólidos
    78. 79. <ul><li>Sólidos iônicos </li></ul><ul><li>Íons (esféricos) mantidos unidos por forças eletrostáticas de atração. </li></ul><ul><li>Há algumas classificações simples para tipos de rede iônica. </li></ul>Ligação nos sólidos
    79. 80. Sólidos iônicos Ligação nos sólidos
    80. 81. <ul><li>Sólidos iônicos </li></ul><ul><li>A estrutura do NaCl </li></ul><ul><ul><li>Cada íon tem um número de coordenação igual a 6. </li></ul></ul><ul><ul><li>Rede cúbica de face centrada. </li></ul></ul><ul><ul><li>A proporção cátion-ânion é 1:1. </li></ul></ul><ul><ul><li>Exemplos: LiF, KCl, AgCl e CaO. </li></ul></ul><ul><li>A estrutura do CsCl </li></ul><ul><ul><li>O Cs + tem um número de coordenação igual a 8. </li></ul></ul><ul><ul><li>Diferente da estrutura do NaCl (o Cs + é maior que o Na + ). </li></ul></ul><ul><ul><li>A proporção cátion-ânion é 1:1. </li></ul></ul>Ligação nos sólidos
    81. 82. <ul><li>Sólidos iônicos </li></ul><ul><li>Estrutura da blenda de zinco </li></ul><ul><ul><li>Exemplo típico é o ZnS. </li></ul></ul><ul><ul><li>Os íons de S 2- adotam um arranjo cfc. </li></ul></ul><ul><ul><li>Os íons de Zn 2+ têm um número de coordenação igual a 4. </li></ul></ul><ul><ul><li>Os íons de S 2- são colocados em um tetraedro em volta dos íons de Zn 2+ . </li></ul></ul><ul><ul><li>Exemplo: CuCl. </li></ul></ul>Ligação nos sólidos
    82. 83. <ul><li>Sólidos iônicos </li></ul><ul><li>Estrutura da fluorita </li></ul><ul><ul><li>Exemplo típico CaF 2 . </li></ul></ul><ul><ul><li>Os íons de Ca 2+ tem um arranjo cfc. </li></ul></ul><ul><ul><li>Há duas vezes mais íons de F - do que de Ca 2+ em cada célula unitária. </li></ul></ul><ul><ul><li>Exemplos: BaCl 2 , PbF 2 . </li></ul></ul>Ligação nos sólidos
    83. 84. <ul><li>Sólidos metálicos </li></ul><ul><li>Os sólidos metálicos têm átomos metálicos com arranjos em edh, cfc ou ccc. </li></ul><ul><li>O número de coordenação para cada átomo é 8 ou 12. </li></ul><ul><li>Problema: a ligação é forte demais para a dispersão de London e não há elétrons suficientes para ligações covalentes. </li></ul><ul><li>Solução: os núcleos de metal flutuam em um mar de elétrons. </li></ul><ul><li>Os metais conduzem porque os elétrons estão deslocalizados e são volúveis. </li></ul>Ligação nos sólidos
    84. 85. Ligação nos sólidos
    85. 86. <ul><li>Nos Livros </li></ul><ul><ul><li>BRADY, James E. HUMISTON, Gerard E. Química Geral - Vol.1. LTC, 2006. – Cap. 4 – Ligação Química Conceitos Gerais e Cap. 5 – Ligação Covalente e Estrutura Molecular </li></ul></ul><ul><ul><li>RUSSELL, John B., Química Geral – Vol.1. MAKRON Books, 2ª. Edição – Cap. 4 – Gases, Cap. 9 – Sólidos e Cap.10 – Líquidos e Mudanças de Estado </li></ul></ul><ul><li>Q.Geral Ap. a Eng. – Cap.8 – Moléculas e Materiais </li></ul><ul><li>Na Internet </li></ul><ul><li>O Estado Gasoso – Aula Virtual (UFSC) </li></ul><ul><li>http:// www.qmc.ufsc.br/quimica/pages/aulas/gas_page1.html </li></ul>Onde Estudar a Aula de Hoje
    86. 87. <ul><li>Aula Prática – 2º.Experimento - 15/05 </li></ul><ul><li>Aula 6 - Estados da Matéria - Sólidos, Líquidos e Gases (continuação) – 14/05 </li></ul>Na Próxima Aula Veremos ... Química Geral e Exp
    87. 88. <ul><li>BROWN, Theodore L - Química A Ciência Central (9ª. Edição) – Pearson – Cap. 11 – Forças Intermoleculares Líquidos e Sólidos </li></ul><ul><li>Click na imagem para visitar o site do livro </li></ul><ul><li>Conteúdo baseado no Livro Texto </li></ul>Conteúdo da Apresentação
    88. 89. <ul><li>Slide 10 – animação da molécula da água e formação das ligações de hidrogênio - http://www.johnkyrk.com/ </li></ul><ul><li>Slide 30 – Simulação da curva de aquecimento da água – LAPEQ – Laboratório de Pesquisa e Ensino de Química e Tecnologias Educativas – FEUSP - http://quimica.fe.usp.br/ </li></ul><ul><li>Slide 40 – Animação – Diagrama de Fases – Recursos visuais do Livro Texto – Química A Ciência Central, disponível no link: http://wps.prenhall.com/br_brown_quimica_9/ </li></ul><ul><li>Slides 56 e 57 – Animações - A difração de raios X por um cristal de acordo com a teoria de W. L. Bragg (Cap. 04 Fig. 4.1) e Fotos de dois aparelhos de difratometria de raios X: um produzido em 1922 (a) e outro (b) em 2005. - http://www.cienciadosmateriais.org/ </li></ul>Referências - Animações
    89. 90. <ul><li></li></ul>Prof. Nelson Virgilio Engenheiro Químico – UFBA Esp. Processos Petroquímicos e Eng. Química (Bolonha-Itália) [email_address] Contato

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