Eletrólise da água
A eletrólise da água é feita aplicando-se uma corrente contínua a uma solução aquosa condutora de eletricidade, que geralmente pode ser uma solução de hidróxido de sódio dissolvido em água. Esse é um experimento simples que você pode fazer com orientação do professor e utilizando fios e pilhas.
Na eletrólise da água, a corrente elétrica gera duas novas substâncias gasosas, uma delas em cada eletrodo. Testando-se os gases produzidos, observa-se que o de maior volume pega fogo ao contato com um fósforo aceso, esse é o gás hidrogênio. O de menor volume não pega fogo, mas aviva um palito de fósforo em brasa, esse é o gás oxigênio. Análises químicas revelam que o eletrólito adicionado à água (hidróxido de sódio) não sofreu alteração durante a eletrólise; portanto, os gases obtidos são provenientes da decomposição da água.
A eletrólise da água permite melhor compreensão da constituição das substâncias. Se de uma substância obtêm-se outras, significa que essa substância tem uma composição que pode ser desmembrada em outras mais simples.
A eletrólise da água provoca um processo de decomposição química. Muitas outras substâncias podem sofrer decomposição, ou seja, podem ser transformadas em mais de uma substância por processos químicos. É o caso do açúcar, por exemplo, que ao ser aquecido produz carvão, gás carbônico e água; do peróxido de hidrogênio (água oxigenada), que se decompõe em água e gás oxigênio; ou dos óxidos metálicos, que se decompõem em metais e oxigênio. Essas substâncias são, portanto, compostas.
De outro modo, muitas outras substâncias não podem ser decompostas em outras. Os gases hidrogênio e oxigênio são exemplos de substâncias que não se decompõem. Outros exemplos são os metais (cobre, alumínio, zinco, ouro, prata etc.), os gases (nitrogênio, hélio, neônio, argônio etc.), o enxofre e a grafita. Todas essas são substâncias simples.
Assim, podemos dizer que existem duas categorias de substâncias: as que podem ser decompostas em outras, chamadassubstâncias compostassubstâncias compostas, e as que não possibilitam desmembramento, assubstâncias simples. Essa ésubstâncias simples uma definição operacional para substância, advinda da experimentação, e, de certa forma, foi esta a definição operacional estabelecida por Lavoisier para elemento químico no seu livro Tratado Elementar de Química , no qual considerou que as substâncias simples são constituídas por elementos químicos, como explicaremos adiante. Essa conceituação de substância simples e composta, pela possibilidade de seu desmembramento, não é precisa, pois há substâncias simples que podem se desmembrar em outras substâncias simples. Por isso, essa conceituação será definida com mais precisão posteriormente.
A definição mais adequada vem ao se responder à questão sobre a constituição das moléculas. Essa questão sobre a constituição da matéria sempre instigou a humanidade. Vamos observar, no próximo capítulo, como, ao longo da História, diferentes respostas foram dadas a essa questão.
A maioria dos combustíveis, como apara-para- fina
fina, é constituída por substâncias compostas que, ao serem queimadas, se decompõem em outras substâncias, como o gás carbônico (CO2), outra substância composta, e a fuligem (C).
M a d e l e i n e O p e n s h a w / S h u t t e r s t o c k
Na eletrólise da água, obtêm-se dois gases diferentes. Como foi possível a formação dessas duas
novas substâncias? Esse fenômeno é uma transformação química ou um processo físico? PARE E PENSE PARE E PENSE D I V U L G A Ç Ã O P N L D
Os constituintes das substâncias são formados por átomos isolados ou combinados entre si. Conhece-se hoje mais de cem tipos de átomos. Cada tipo de átomo é denominadoelemento químicoelemento químico. Dessa forma, do ponto de vista da constituição das substâncias, podemos definir as substâncias simples e compostas, de uma maneira formal, da seguinte maneira:
C A P Í T U L O 3 Q u í m i c a e c i ê n c i a H e l y D e m u t t i
Alguns exemplos de substâncias simples:
cobre
cobre (Cu),zincozinco (Zn) ealumínioalumínio (Al).
Em 1860, o congresso científico de Karlsruhe, realizado na Alemanha, considerado o primeiro grande encontro da comunidade química, contribuiu para resolver essa questão sobre a denominação das partículas constituintes das substâncias. Adotou-se uma proposta apresentada pelo químico italiano Stanislao Cannizzaro [1826-1910] e desenvolvida décadas antes pelo químico italiano Amedeo Avogadro [1776-1856]: a designação demoléculamolécula para as partículas que constituem as substâncias. Contudo, hoje, o termo “molécula” tem outros significados, que serão discutidos à medida que avançarmos nosso conhecimento no curso. Por enquanto, por motivos didáticos, adotaremos o termo constituinteconstituinte, que é mais abrangente do que o termomoléculamolécula. Considere, portanto, constituinte o átomo ou grupo de átomos que formam a partícula da substância.
Os químicos podem caracterizar as substâncias por um conjunto de propriedades ou pela sua constituição. O mais comum é utilizar a constituição como referência e, assim, representar as substâncias por fórmulas que indicam seus constituintes.
Nesse sentido, temos uma nova definição para as substâncias, do ponto de vista de sua constituição:
E d g a r F a h s S m i t h M e m o r i a l C o l l e c t i o n / U n i v e r s i t y o f P e n n s y l v a n i a L i b r a r y Stanislao Cannizzaro
Stanislao Cannizzaro foi quem defendeu a utilização do conceito de molécula, apresen- tado por Amedeo Avogadro.
J . Y u j i
As substâncias simples têm como As substâncias simples têm como constituintes partículas formadas por constituintes partículas formadas por
apenas um tipo de átomo. apenas um tipo de átomo.
J . Y u j i
As substâncias compostas têm como As substâncias compostas têm como constituintes partículas formadas por constituintes partículas formadas por
mais de um tipo de átomo. mais de um tipo de átomo.
Substância
Substância é uma porção de matéria constituída por um, e somente um, tipo de constituinte.
Substância simples
Substância simples é um tipo de substância formada por átomos de apenas um tipo, ou seja, de um mesmo elemento químico.
Substância composta
Substância composta é um tipo de substância formada por átomos de mais de um tipo, ou seja, de mais de um elemento químico.
D I V U L G A Ç Ã O P N L D
1 2 3 4 5 6 7
4
4
A A Química Química e e sua sua linguagemlinguagem
A bateria de telefone celular produz energia com base em reaçõesreações químicas
químicas ocorridas em seu interior.
H e l y D e m u t t i p s p h o t o g r a p h / i S t o c k
Os materiais que usamos diariamente são resultado de transformações quími- cas desenvolvidas por in-in- dústrias químicas dústrias químicas.
V
V
imos, ao longo desta primeira unidade, os conceitos relativos aos campos básicos de estudo da Química. Aprendemos, neste capítulo, como a Química se consolidou historicamente como uma Ciência moderna. Vamos recapitular o que ela estuda.Os químicos sentem um inconfessável prazer em transformar as coisas. É claro que ninguém jamais conseguiu criar algo a partir do nada – esse ainda é um mistério insondável... –, mas, mesmo assim, os químicos contribuem para a transformação do mundo em que vivemos. Diariamente, eles descobrem e sintetizam (produzem em laboratório) novas substâncias por meio de reações químicas. Muitas são posteriormente utilizadas na fabricação de novos materiais; outras entram na composição de medicamentos, de produtos de limpeza, de alimentos (para conservar e melhorar o sabor, a aparência ou o teor nutritivo) e de uma infinidade de outros produtos que consumimos diariamente.
Além de serem utilizadas para a obtenção de novos materiais, as reações químicas também são importantes fontes de energia: você já imaginou como seria difícil nossa vida sem as fontes de energia? Haveria vida?
Pois é graças às reações químicas que obtemos a maior parte da energia que consumimos. O estudo da Química envolve, portanto, conhecimentos sobre processos de transformações das substâncias e a energia associada a essas transformações.
As reações são o principal foco de estudo da Química, mas não o único. A identificação de substâncias, por meio da determinação de suas propriedades químicas e físicas, é outra importante linha de pesquisa. Para entender as propriedades das substâncias e dos materiais,
os químicos estudam a sua constituição. Podemos, assim, conceituar a Química da seguinte forma: Ferro (ímã) Ouro Cobre encapado com plástico Plásticos Liga metálica Poliamida Algodão Náilon Borracha H e l y D e m u t t i
Qual é o trabalho do químico na
sociedade?
O que são fórmulas químicas? O que é equação química?
PARE E PENSE PARE E PENSE
Química
Química é aCiênciaCiência que estuda as substâncias, suas constituições, suas propriedades e suas transformações em novas substâncias, além dos efeitos e modelos explicativos relacionados a tais transformações.
Osquímicos descobrem e produzem em la- boratório novas substâncias por meio de rea- ções químicas. Tudo precisa ser cuidadosamen- te identificado e anotado. D I V U L G A Ç Ã O P N L D
C A P Í T U L O 3 Q u í m i c a e c i ê n c i a
Em todas essas áreas, diferentes métodos são usados tanto para identificar as substâncias presentes nos materiais como para determinar a quantidade de cada uma delas, funções específicas daQuímica AnalíticaQuímica Analítica. Esse ramo da Química é responsável pelo desenvolvimento de técnicas e instrumentos de análise da composição dos materiais.
Os modelos obtidos com o apoio da tecnologia computacional são largamente utilizados naQuímica TeóricaQuímica Teórica, cujo objetivo é descrever, com mais precisão, a constituição da matéria. Enquanto no passado a previsão de reações químicas era feita somente com base em experimentos realizados em laboratório – e é por isso que a chamamos Ciência experimental –, hoje a Química pode não somente prever a ocorrência de reações pelo computador, mas também propor novos materiais por esse estudo.
Por isso, além de conhecer técnicas de laboratório, o químico precisa estudar modelos teóricos da constituição da matéria e dominar a linguagem da simbologia química, ferramentas básicas desse profissional.