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Carregado porProfª Alda Ernestina
Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria
O documento discute os estados físicos da matéria, as propriedades e transformações da matéria. A professora Alda Ernestina apresenta os seguintes tópicos: os estados sólido, líquido e gasoso da matéria; as mudanças de estado como fusão, solidificação e vaporização; e as propriedades gerais, funcionais e específicas da matéria.
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- 1. Disciplina: Química Profª: AldaErnestina 07/05/2015 1 Pré-Vestibular Samora Machel Universidade Federal do Rio de Janeiro Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria
- 2. E novamente iremosfalar de matéria... •Tudo que existe é formado por MATÉRIA •Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço (ou seja, tem volume) •Química é a ciência que estuda as propriedades e transformações da matéria Na 1ª aula vimos que: Na aula de hoje veremos: •Os estados físicos da matéria •Os tipos de transformações sofridos pela matéria • As propriedades da matéria •A classificação da matéria
- 3. O que éum fenômeno? Tudo que nos parece extraordinário E para a ciências, o que é um fenômeno? É qualquer acontecimento que possa ser observado e que ocorra na natureza ou seja provocado experimentalmente Exemplos de fenômenos naturais e artificiais Para a química, consideramos fenômeno como sendo as transformações da matéria: essas transformações podem ser QUÍMICAS ou FÍSICAS
- 4. FENÔMENOS QUÍMICOS Alteram acomposição da matéria, resultando na formação de novas substâncias, ou seja, são as chamadas reações químicas A oxidação de um prego é um exemplo de fenômeno químico, pois é formada uma nova substância 4 Fe (s) + 3 O2 (g) 2 Fe2O3 A queima do carvão em uma churrasqueira também é um fenômeno químico, que consiste na reação do carvão (C) com O2 do ar, produzindo gás carbônico (CO2) C (s) + O2 (g) CO2 No interior de uma pilha ocorre uma reação química que produz energia elétrica Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2 Um fenômeno químico nada mais é que uma reação química qualquer
- 5. FENÔMENOS FÍSICOS NÃO alterama composição da matéria, ou seja, não ocorre reação química, alteram apenas a estrutura da matéria O derretimento do gelo é um exemplo de fenômeno físico, pois após derreter o gelo continua sendo água Ao misturarmos água e sal ocorre um fenômeno físico, pois a água não reage com o sal, apenas o solubiliza A água evaporando em uma chaleira é um exemplo de fenômeno físico, pois não há reação química, a água não deixa de ser água, há apenas uma mudança de estado físico (de líquido para gasoso) Os fenômenos químicos são irreversíveis enquanto os fenômenos físicos são reversíveis
- 6. ESTADOS FÍSICOS DAMATÉRIA A matéria pode se apresentar sob diferentes estados físicos que são: Sólido Líquido Gasoso Volume e forma definidos Alta organização das partículas Volume definido Forma variável Organização intermediária Volume e forma variáveis Máxima desorganização das partículas A água ocorre sob os três estados físicos Gelo – sólido Água líquida – líquido Vapor de água – gasoso
- 7. MUDANÇAS DE ESTADOSFÍSICOS Ao receber ou perder energia um estado pode ser convertido em outro, ocorrendo as chamadas mudanças de estados físicos, que são exemplos de fenômenos físicos Fusão – passagem do estado SÓLIDO para o LÍQUIDO Solidificação – passagem do estado LÍQUIDO para o SÓLIDO Vaporização – passagem do estado LÍQUIDO para o estado de VAPOR Condensação ou liquefação – passagem do estado GASOSO para o LÍQUIDO Sublimação – passagem do estado SÓLIDO para o GASOSO, sem passar pelo estado líquido
- 8. Vamos praticar? À temperaturaambiente (25ºC) qual o estado físico de cada uma das substâncias a seguir? Ponto de fusão – temperatura em que uma substância passa do estado sólido para o estado líquido. Ex: derretimento do gelo, ponto de fusão = 0 °C Ponto de ebulição – temperatura em que uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Ex: água fervendo em uma chaleira, ponto de ebulição = 100 °C Líquido Gasoso Líquido Sólido
- 9. Vamos praticar? Qual oestado físico das substâncias da tabela abaixo, quando as mesmas se encontram no deserto da Arábia, à temperatura de 50°C? Líquido Gasoso Líquido Líquido Gasoso
- 10. MATÉRIA, CORPO EOBJETO •Matéria - tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço •Corpo – porção limitada da matéria •Objeto – corpo com função definida
- 11.
- 12. Propriedades da matéria Gerais Funcionais Específicas Propriedades GERAIS– são propriedades comuns a toda e qualquer espécie de matéria, independente da substância que a compõe. Propriedades FUNCIONAIS – são propriedades observadas somente em determinados grupos de matéria. Propriedades ESPECÍFICAS – são propriedades que permitem identificar uma determinada espécie de matéria. Se dividem em 3 tipos. Massa Volume Dependem da função química Organolépticas Químicas Físicas ponto de fusão, ponto de ebulição densidade PROPRIEDADES DA MATÉRIA
- 13. Massa – refere-sea quantidade de matéria contida em um corpo ou objeto Principais grandezas Volume – espaço ocupado por um corpo ou objeto Densidade – razão entre a massa e o volume ocupado por um corpo ou objeto
- 14. DENSIDADE Por que ochumbo afunda e a madeira flutua na água? Para responder a esta pergunta devemos observar qual a massa contida em um volume igual das três substâncias d = 0,80 g/cm3 d = 1 g/cm3 d = 11,4 g/cm3 Neste caso, como temos volumes iguais, a substância que apresenta a maior massa, será a mais densa (apresenta maior densidade). d Chumbo > d Água > d madeira Unidade no SI = g/mL ou g/cm3
- 15. Um pouco maissobre densidade Por que um navio, mesmo sendo muito pesado não afunda? Um navio apesar de ser muito pesado, tem sua massa distribuída em um volume muito grande e por isso apresenta densidade menor que a da água E por que um submarino afunda? Quando está vazio o submarino flutua, pois é menos denso que a água. Para que ele afunde é necessário aumentar seu peso, o que se consegue armazenando água em reservatórios em seu interior, tornando-o mais denso que a água. Por que o gelo flutua na água? O gelo apresenta menor densidade que a água líquida, devido à forma como as moléculas de água se organizam no estado sólido, há um aumento no volume e consequente diminuição da densidade.
- 16. Exercícios sobre densidade 1.O bromo é um líquido vermelho acastanhado com densidade de 3,10 g/mL. Que volume ocupa uma amostra de 88,5 g de bromo? d = 3,1 g/mL m = 88,5 g V = ? d = m/V 3.1 = 88,5 / V 3.1 x V = 88,5 V = 28.5 mL 2. A densidade do selênio é 4,79 g/cm3 . Qual a massa em kg contida em de 6,5 cm3 de selênio? d = 4,79 g/cm3 V = 6,5 cm3 m = ? d = m/V 4,79 = m / 6,5 m = 4,79 x 6,5 m = 31, 1 g : 1000 m =0,0311 3. Um bloco de ferro com d = 7,6 g/cm3 tem as seguintes dimensões: 20cm x 30cm x 15cm. Determine a massa, em kg, do bloco. d = 7,6 g/cm3 V = 20 x 30 x 15 = 900 cm3 m = ? d = m/V 7,6 = m / 900 m = 7,6 x 900 m = 6840 g : 1000 m =6,84 kg V = 900 cm3 Volume de um bloco retangular = comp. X larg. X alt.
- 17. Neste caso conhecemosa densidade e a massa de cada uma das substâncias, temos que saber qual o volume ocupado por cada uma delas. Suponha que 1g seja a massa de cada substância adicionada ao tubo. Vamos calcular o volume que seria ocupado em cada caso? Água d = m/v 1 = 1/v V = 1 mL Acetona d = m/v 0,8 = 1/v V = 1,25 mL Clorofórmio d = m/v 1,4 = 1/v V = 0,71 mLAo invés de se fazer esses cálculos pode-se simplesmente considerar que quanto MAIOR o volume, MENOR será a densidade
- 18. CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA MATÉRIA Substânciapura Mistura Simples Composta Homogênea Heterogênea Azeotrópica Eutética Substância pura – como o próprio nome sugere é uma substância pura, isenta de outras substâncias e que apresenta propriedades físicas bem definidas. Mistura – é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas denominadas componente. A matéria se divide em dois tipos diferentes: Substância pura e Mistura
- 19. Mas como sãoformadas as substâncias? Átomo Elemento Molécula Substância H O Conjunto de átomos iguais Unidade fundamental da matéria Formada após a combinação dos elementos H e O Conjunto de moléculas iguais Letras Sílabas Palavra Para ficar mais fácil de entender, podemos fazer uma analogia: Frase Átomo Elemento Molécula Substância
- 20. SUBSTÂNCIAS PURAS Tipo dematéria formada por unidades químicas iguais, sejam átomos, sejam moléculas, e por este motivo apresentam propriedades químicas e físicas próprias. Substâncias simples – formada por um ou mais átomos do mesmo elemento H2, O2, O3, N2, C (graf.) Substâncias compostas – formada por dois ou mais elementos diferentes H2O HCl CO2 HNO3
- 21. Misturas Uma mistura éformada por duas ou mais substâncias, cada uma delas denominadas componente. O ar que respiramos é uma mistura formada por ... gás nitrogênio (N2) = 78% gás oxigênio (O2) = 20% gás argônio (Ar) ≅ 1% gás carbônico (CO2) ≅ 0,03 % Cada um desses gases é chamado de componente da mistura O ouro 18 quilates é uma mistura formada por 3 componentes ouro (Au) = 75% prata (Ag) = 20% cobre (Cu) = 5% O combustível etanol é uma mistura formada por 2 componentes etanol (C2H6O) ≅ 93% água (H2O) ≅ 7% Neste caso temos uma mistura formada por 3 substâncias simples Neste caso temos uma mistura formada por 2 substâncias compostas
- 22. Classificação das Misturas Deacordo com o aspecto visual de uma mistura, podemos classificá-la em função do seu número de fases. FASE – cada uma das porções que conseguimos ver (a olho nu ou não) na mistura água + sal dissolvido 1 fase óleo água 2 fases Em função do número de fases, as misturas são classificadas em: HOMOGÊNEA – toda mistura que apresenta uma única fase. São denominadas soluções HETEROGÊNEA – toda mistura que apresenta duas ou mais fases Ex: água com açúcar, ar, água mineral Ex: água e óleo; água e gelo; granito; areia e terra Uma mistura formada por gases será sempre HOMOGÊNEA
- 23. Vamos praticar? Classifique cadaum dos sistemas abaixo quanto à composição. Formado por átomos de um mesmo elemento Formado por átomos de elementos diferentes Formado por substâncias diferentes Substância simples Substância composta Mistura
- 24. Vamos praticar? Classifique cadauma das misturas a seguir, quanto ao número de fases. 1 fase Mistura Homogênea 2 fases Mistura Heterogênea 1 fase Mistura Homogênea 2 fases Mistura Heterogênea 2 fases Mistura Heterogênea Indique quantos componentes, quantas fases e qual o tipo de mistura. água + açúcar água + giz água + óleo + sal água + sal + granito + açúcar 2 componentes 1 fase Mistura HOMOGÊNEA 2 componentes 2 fases Mistura HETEROGÊNEA 3 componentes 2 fases Mistura HETEROGÊNEA 4 componentes 2 fases Mistura HETEROGÊNEA
- 25. Como diferenciamos umasubstância pura de uma mistura? Substância pura – durante a fusão e ebulição a TEMPERATURA permanece CONSTANTE t1 = início da fusão t2 = fim da fusão t3 = início da ebulição t4 = fim da ebulição Curva de aquecimento da água A curva de aquecimento de uma substância pura apresenta 2 patamares Uma substância pura diferencia-se de uma mistura pelos valores de suas propriedades específicas (ponto de fusão, ponto de ebulição e densidade) que como o próprio nome sugere são específicos para cada substância
- 26. Como diferenciamos umasubstância pura de uma mistura? Mistura comum – durante a fusão e ebulição a TEMPERATURA VARIA t1 = início da fusão t2 = fim da fusão t3 = início da ebulição t4 = fim da ebulição Curva de aquecimento de uma mistura comum A curva de aquecimento de uma mistura comum NÃO apresenta patamares
- 27. Dois tipos demisturas especiais Existem algumas misturas com comportamento diferente do esperado, sua curva de aquecimento apresenta um patamar. São de dois tipos: Curva de aquecimento de uma mistura eutética Mistura eutética – ponto de fusão constante Misturas eutéticas – apesar de ser uma mistura, comportam-se como se fossem uma substância pura, pois durante a FUSÃO a temperatura permanece CONSTANTE Exemplo de mistura eutética Solda – liga metálica com 63% de estanho + 37% de chumbo
- 28. Dois tipos demisturas especiais Curva de aquecimento de uma mistura azeotrópica Mistura azeotrópica – ponto de ebulição constante Misturas azeotrópicas – apesar de ser uma mistura, comportam-se como se fossem uma substância pura, pois durante a EBULIÇÃO a temperatura permanece CONSTANTE Exemplo de mistura azeotrópica álcool hidratado – 96% de etanol + 4% de água
- 29. Vamos praticar? Observe ascurvas de aquecimento e classifique cada um dos casos T tempo Substância pura Mistura comum Mistura azeotrópica Mistura eutética Tf e Te constante Tf e Te variáveis Te constante Tf variável Tf constante Te variável
- 30. PROCESSOS DE SEPARAÇÃODE MISTURAS Na natureza raramente encontramos substâncias puras. Desta forma, para obtermos uma determinada substância é necessário usar métodos de separação aplicáveis à misturas homogêneas ou heterogêneas, dependendo do caso Misturas Heterogêneas Sólido + Líquido Sólido + Gasoso Líquido + Líquido Sólido + Sólido Filtração Filtração Destilação fracionada Catação No caso das misturas heterogêneas os principais processos de separação que podem ser aplicados são: Decantação Centrifugação Decantação em funil Peneiração Separação magnética
- 31. SEPARAÇÃO DE MISTURASHETEROGÊNEAS (Sólido – Líquido) Filtração – passa-se a mistura por um funil contendo papel filtro, onde o sólido ficará retido. Exemplos água + areia água + carvão A filtração é também usada na separação de misturas de substâncias sólidas e gasosas, mas neste caso ao invés de um funil, tem-se um filtro especial Exemplos ar + poeira O aspirador de pó é usado para separar a poeira do ar.
- 32. SEPARAÇÃO DE MISTURASHETEROGÊNEAS (Sólido – Líquido) Centrifugação – é um processo que acelera a decantação dos componentes da mistura entre um líquido e um sólido Decantação – separa os componentes da mistura segundo sua densidade, onde o componente mais denso deposita-se no fundo do recipiente Exemplo Água + barro A centrifugação é muito utilizada em laboratórios. Um dos exemplos mais comuns é a centrifugação do sangue humano para a realização do hemograma Centrífuga
- 33. SEPARAÇÃO DE MISTURASHETEROGÊNEAS (Líquido– Líquido) Decantação em funil – é aplicada na separação da mistura entre líquidos imiscíveis Destilação fracionada – separa os líquidos de uma mistura com base em seus pontos de ebulição Exemplo água + álcool O líquido que evapora primeiro é o de menor ponto de ebulição, dizemos que ele é mais volátil Coloca-se a mistura no funil, agita-se vigorosamente e em seguida deixa em repouso, para que haja a decantação. Após a decantação abre-se a torneira e coleta-se cada um dos líquidos Exemplo água + óleo
- 34. SEPARAÇÃO DE MISTURASHETEROGÊNEAS (Sólido-Sólido) Peneiração – consiste na separação de sólidos com tamanhos diferentes, através do uso de uma peneira Catação – consiste na separação manual dos sólidos de uma mistura, com base em seu tamanho A catação é um processo corriqueiro aplicado por exemplo na separação dos grãos de feijão Assim como a catação, a peneiração é um processo corriqueiro aplicado por exemplo na separação dos pedregulhos da areia. Sendo também utilizada no garimpo do ouro Separação magnética – consiste na separação de misturas que contém componente(s) magnético(s), utilizando-se um imã A separação magnética é também denominada imantação e para que funcione, pelo menos um dos componentes da mistura deve ser magnético e dos demais não.