Linguagem química
Como toda Ciência, além de seus métodos investigativos e suas teorias e modelos, a Química apresenta uma linguagem própria, rica em símbolos e regras diferentes da linguagem comum. Durante seu estudo, você irá aos poucos se familiarizando com essa simbologia química.
Coloque um cientista russo, um chinês, um alemão e um brasileiro num mesmo laboratório para fazer um experimento químico. Algum problema? Pode ficar tranquilo: mesmo que esses cientistas só conseguissem se comunicar no próprio idioma, eles teriam a linguagem da Química para se entender. A nomenclatura dos elementos químicos é a mesma no mundo todo, o que é fundamental para o desenvolvimento da Ciência. Afinal, uma das condições para que um experimento tenha um caráter científico é a de que possa ser repetido por outro cientista e em qualquer parte do mundo. Por isso, as quantidades, os nomes, as fórmulas, tudo tem de seguir o mesmo padrão. Isso parece óbvio hoje, mas nem sempre foi assim.
Os químicos franceses Jean Henri Has- senfratz [1755-1827] e Pierre Auguste Adet [1763-1832] propuseram umasimbologiasimbologia que deu srcem à utilizada hoje que deu srcem à utilizada hoje.
NÃO METAIS: SÍMBOLOS GEOMÉTRICOS NÃO METAIS: SÍMBOLOS GEOMÉTRICOS
Oxigênio Nitrogênio Hidrogênio
Carbono Enxofre Fósforo
METAIS
METAIS: CÍRCULOS, COM AS LETRA: CÍRCULOS, COM AS LETRAS INICIAIS DO S INICIAIS DO NOME LATINO DO METALNOME LATINO DO METAL
Ferrum Cuprum Plumbum
Stannum Stibium
ÁCIDOS: QUADRADOS, COM A LETRA INICIAL DO ÁCIDO ÁCIDOS: QUADRADOS, COM A LETRA INICIAL DO ÁCIDO
(Ácido clorídico) (Ácido acético)
BASES E TERRAS: TRIÂNGULOS, COM A LETRA INICIAL DO NOME BASES E TERRAS: TRIÂNGULOS, COM A LETRA INICIAL DO NOME
Potassa Soda Cal
Barita Magnésia
Na Idade Média, os alquimistas já usavam símbolos para representar substâncias, materiais, equipamentos, operações e unidades de medida. No entanto, esses símbolos eram compreendidos apenas pelos iniciados, ou seja, pelas poucas pessoas que tinham acesso aos segredos alquímicos.
Além de restrita, a simbologia alquímica não era padronizada: uma mesma substância podia ter vários nomes e um mesmo nome podia indicar diferentes substâncias. Já imaginou a confusão?
D I V U L G A Ç Ã O P N L D
1 2 3 4 5 6 7
Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio
Carbono Enxofre Ouro
1 átomo de mercúrio líquido + de oxigênio1 átomo gasoso # 1 molécula de óxido mercúrico vermelho
No início do século XVIII, Dal- ton propôs uma simbologiaico-ico- nográfica
nográfica para representar os elementos químicos e as subs- tâncias. Mas ainda não seria es- sa a solução definitiva.
No século XVIII, já havia relativo consenso sobre a nomenclatura das substâncias químicas, mas os nomes eram escolhidos arbitrariamente. Eles podiam representar uma propriedade (água-forte), um lugar (sal de Epsom), uma pessoa (sal de Glauber), um astro (cáustico lunar) ou uma combinação desses critérios. Isso fez com que os químicos se preocupassem em padronizar a nomenclatura química, propondo vários sistemas até que se chegasse ao atual.
Ossímbolos da Alquimiasímbolos da Alquimia
eram expressos em códigos só conhecidos pelos “iniciados”.
OS QUATRO ELEMENTOS OS QUATRO ELEMENTOS Terra Água Ar Fogo
Ainda hoje usamos esse símbolo para representar aquecimento: herança insuspeitada da Alquimia.
OS SETE METAIS OS SETE METAIS Ouro (o Sol) Prata (a Lua) Cobre (Vênus) Ferro (Marte) Mercúrio Chumbo (Saturno) Estanho (Júpiter) OUTRAS SUBSTÂNCIAS OUTRAS SUBSTÂNCIAS
Sal (símbolo genérico para “sais”) Sal comum (o nosso cloreto de sódio) Enxofre
Sublimado de mercúrio Realgar Vitríolo Sal amoníaco Água-forte (ácido nítrico)
OUTROS SÍMBOLOS OUTROS SÍMBOLOS
Sublimação (processo) Retorta (equipamento)
O sistema adotado hoje foi proposto pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius [1779-1848]. Ele sugeriu que os símbolos dos elementos químicos fossem derivados dos seus respectivos nomes em latim. Como o número de elementos químicos existentes é maior do que o de letras, utilizam-se, na maioria dos casos, duas letras: a primeira sempre maiúscula e a segunda minúscula. Com essa nomenclatura, é possível a comunicação entre os químicos de diferentes países, mesmo que não utilizem o nosso alfabeto, como é o caso dos chineses e japoneses.
Existem casos, porém, em que, para um mesmo elemento químico, foram adotados diferentes símbolos. Um exemplo é o elemento rutherfórdio (104Rf). Sintetizado ao mesmo tempo por russos e americanos, ele foi batizado pelos
russos com o nome de kurchatóvio (104Ku), em homenagem ao físico russo Kurchatov [1903-1960], que o identificou.
Para evitar qualquer dúvida, adotamos neste livro a nomenclatura oficial da União Internacional de Química Pura e Aplicada da (Iupac – Internacional Union of Pure and Applied Chemistry), organização internacional que congrega sociedades de Química de diferentes países.
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C A P Í T U L O 3 Q u í m i c a e c i ê n c i a
Fórmulas químicas
Fórmulas químicas
Enquanto os elementos químicos são representados por símbolos, as substâncias são representadas por fórmulas. Nelas, representamos os símbolos dos elementos químicos que estão presentes no constituinte de cada substância e, por meio de índices numéricos colocados um pouco abaixo do símbolo do elemento, indicamos o número de átomos de cada elemento que compõe o constituinte. Para os elementos químicos, que aparecem apenas uma vez no constituinte da substância, não é necessário indicar o índice. O quadro a seguir apresenta as fórmulas químicas de algumas substâncias simples.
Átomos de alguns elementos químicos podem formar substâncias simples diferentes. Nesse caso, essas substâncias simples recebem o nome dealótroposalótropos. O gás oxigênio (O2) e o gás ozônio (O3) são formas alotrópicas
do elemento químico oxigênio.
ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS SIMPLES E SUAS FÓRMULAS ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS SIMPLES E SUAS FÓRMULAS
SSuubbssttâânncciiaa EElleemmeenntto o qquuíímmiiccoo FFóórrmmuullaa
Hidrogênio hidrogênio (H) H 2
Nitrogênio nitrogênio (N) N 2
Oxigênio oxigênio (O) O 2
Enxofre enxofre (S) S 8
Ferro ferro (Fe) Fe
Iodo (I)iodo I 2
Alumínio alumínio (Al) Al
Observe no quadro, as fórmulas do diamante e da grafite (ou grafita). São iguais, não é mesmo? Como é possível haver dois materiais tão distintos com a mesma fórmula?
EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS ALOTRÓPICAS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS ALOTRÓPICAS
EElleemmeenntto o qquuíímmiiccoo AAllóóttrrooppooss
Oxigênio (O) oxigênio (O 2), ozônio (O3)
Carbono (C) grafite (C), diamante (C) fulereno (C60), nanotubos (Cn) Fósforo (P) fósforo branco (P4) fósforo vermelho (Pn) D I V U L G A Ç Ã O P N L D
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Vejamos o significado das fórmulas das substâncias. A fórmula da água é H2O. Você já sabe que o símboloHH representa o elemento químico hidrogênio e o símboloOO representa o elemento químico oxigênio. Logo, pela fórmula, podemos afirmar que a água é formada por átomos de hidrogênio e de oxigênio. O índice 2 indica que cada constituinte possui dois átomos de hidrogênio. A não existência de índice após o símbolo do oxigênio indica que cada constituinte da água possui apenas um átomo de oxigênio. Fácil, não? O quadro abaixo apresenta as fórmulas de algumas substâncias compostas.
ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS E SUAS FÓRMULAS ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS E SUAS FÓRMULAS
SSuubbssttâânncciiaa FFóórrmmuullaa
Água H
2 O
Ácido sulfúrico H2SO4
Cloreto de sódio (sal) NaCl
Hidróxido de sódio (soda cáustica) NaOH
Amônia NH3
Carbonato de amônio (sal-amoníaco) (NH4)2CO3
Metano (gás dos pântanos) CH4
J . Y u j i
Modelo de arranjo de átomos de carbono dagrafitegrafite.
J . Y u j i
Modelo de arranjo de áto- mos de carbono dodiamantediamante.
De fato, a grafite e o diamante são ambos formados pela combinação de átomos de carbono. No entanto, a configuração espacial, ou seja, o arranjo dos átomos de carbono no constituinte da grafite, é diferente da configuração dos átomos no constituinte do diamante. Portanto, são substâncias distintas, pois possuem constituintes diversos. Obviamente, as propriedades físicas e o valor comercial também são diferentes.
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Equação química
Equação química
No primeiro capítulo, estudamos que as reações químicas são processos em que novas substâncias são formadas. Agora, vamos aprender a representar essas reações de maneira simplificada, usando a simbologia química. Essa representação simbólica da reação é chamadaequação químicaequação química.
Equação química
Equação química é a representação simbólica da reação química.
Na equação química, as substâncias que reagem, denominadas reagentes, e as substâncias que são formadas, denominadas produtos, são representadas por suas fórmulas químicas. Os reagentes são separados dos produtos por uma seta, como é mostrado a seguir:
reagente(s) ( produto(s)
No caso de existir mais de uma substância como reagente ou como produto, suas fórmulas são separadas pelo sinal de soma (+), indicando que os reagentes devem estar em contato para que a reação ocorra e que os produtos sejam formados simultaneamente.
Ao se apresentar uma equação química, deve-se também especificar o estado de agregação de cada substância envolvida. O estado gasoso é representado por (g), o estado líquido por (l), o estado sólido por (s) e as substâncias dissolvidas em água por (aq). As letras que representam os estados de agregação devem ser colocadas ao lado dos símbolos das substâncias e não como índices, como era utilizado antigamente.
Além de representar as substâncias reagentes e os produtos, é necessário também representar as proporções entre todas elas. A proporção de cada substância é indicada numericamente na frente da fórmula de cada constituinte e é denominada coeficiente estequiométrico ou simplesmente coeficiente. Tal coeficiente indica a proporção relativa dos constituintes das substâncias participantes da reação. Quando o coeficiente é 1, ele não precisa ser indicado.
Outras convenções também adotadas nas equações químicas são: indica que a reação ocorre a elevadas temperaturas;
F indica que a reação é reversível, ou seja, os produtos reagem entre si srcinando novamente os reagentes. Veja, agora, exemplos de equações químicas e seu significado.
Seja a equação:
C(s) + O2(g) ( CO 2(g)
Essa equação indica que o carvão, substância simples constituída por átomos do elemento químico carbono, que se encontra no estado sólido, reage com o gás oxigênio, substância simples constituída por moléculas que contêm dois átomos do elemento químico oxigênio, produzindo a substância composta dióxido de carbono, também chamado gás carbônico, constituída por moléculas que contêm um átomo do elemento químico carbono ligado a dois átomos do elemento químico oxigênio.
Veja agora esta outra equação:
N2(g) + 3H2(g) F 2NH 3(g)
Esta equação indica que o gás nitrogênio, substância simples constituída por moléculas que contêm dois átomos do elemento químico nitrogênio, reage com o gás hidrogênio, substância simples constituída por moléculas que contêm dois átomos do elemento químico hidrogênio, produzindo a substância composta amônia no estado gasoso, constituída por moléculas que contêm um átomo do elemento químico nitrogênio ligado a três átomos do elemento químico hidrogênio. Essa equação indica ainda que, nessa reação, para cada molécula de nitrogênio, são necessárias três moléculas de hidrogênio e são formadas duas moléculas de amônia. Além disso, a equação indica que tanto os reagentes como os produtos dessa reação são gases e que essa reação é reversível, ou seja, o produto amônia transforma-se nos reagentes nitrogênio e hidrogênio.
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1 2 3 4 5 6 7 22.
22.Considere o esquema ao lado. Entre as alternativas abaixo, in- dique as corretas sobre ele. a) Temos cinco componentes.
b) É formado por duas substâncias simples. c) Foram usados apenas dois elementos químicos. d) É um material.
e) Temos cinco substâncias simples e duas substâncias compostas.
23.
23.O que é descontinuidade da matéria?
24.
24.(UnB-DF-adaptada) Um aluno fez, em sala de aula, uma dissolução, realizando os seguintes procedimentos: I – Colocou um grânulo (pequeno grão) de permangana-
to de potássio (sólido violeta cuja fórmula química é KMnO4) em um primeiro béquer (béquer 11) contendo 50 mL de água.
II – Agitou o sistema até que todo o sólido se dissolvesse. III – Mediu, com uma proveta, 5 mL dessa solução, transfe-
rindo-os para um segundo béquer (béquer 22). IV – Completou o volume desse segundo béquer com água
até a marca de 50 mL.
V – Agitou o sistema e mediu, com uma proveta, 5 mL da solução, transferindo-os para um terceiro béquer (bé- quer 33).
VI – Completou, com água, o volume desse terceiro béquer, até a marca de 50 mL.
O aluno registrou, no caderno de dados, as observações que se seguem.
B
Bééqquueerr CCoolloorraaççãão o dda a ssoolluuççããoo
1 Violeta intenso
2 Violeta-claro
3 Incolor
Com base nas informações acima e considerando a natu- reza corpuscular da matéria, julgue os itens a seguir, con- siderando CC para os corretos e EE para os errados. 1) Os átomos constituintes do permanganato de potássio
não estão presentes no béquer 3, uma vez que a água mudou uma das p ropriedades – cor – daquela substância (incolor).
2) A análise das observações apresenta indícios de que a matéria é descontínua e formada por partículas. 3) O experimento realizado pelo aluno demonstra que a
matéria é formada por átomos sem espaços vazios.
25.
25.O constituinte do gás amônia (NH3) tem quantos átomos?
26.
26.Quantos átomos e quantos elementos químicos existem no constituinte do ácido sulfúrico (H2SO4)?
27.
27.Que informações obtemos da fórmula do carbonato de amônio – (NH4)2CO3?
28.
28.Qual é a diferença entre Co e CO?
29.
29.Qual é a diferença entre as representações do item aa e as do item bb?
a) H2 + O2 b) H2O2
30.
30.Escreva sentenças que expliquem o significado de cada equação química a seguir, indicando os reagentes e os produtos:
a) 2H2(g) + O2(g)( 2H2O(l) b) 2H2O2(l)( 2H2O(l) + O2(g)
c) 2C2H2(g) + 5O2(g)( 4CO2(g) + 2H2O(l)
31.
31.Com relação à composição química das substâncias, julgue as afirmações abaixo, considerando CC para os corretos e EE para os errados.
1) Ao verificar que a água é representada pela fórmula H 2O, é correto concluir que essa se constitui numa mistura de hidrogênio e oxigênio.
2) As substâncias representadas pelas fórmulas O2, O3, P4 e S8 são substâncias simples.
3) A nicotina, cuja fórmula é C10H14N2, é um alcaloide exis- tente no fumo e tem a sua denominação derivada do nome de Jean Nicot. A fórmula desse alcaloide possui 26 átomos e 3 elementos químicos.
4) A água oxigenada (H2O2) e a água (H2O) são substâncias iguais, já que são formadas pelos mesmos elementos químicos.
5) O corpo do ser humano, por ser um produ to natural, não possui elementos químicos em sua constituição até que ele comece a ingerir remédios.
32.
32.(UnB-DF) Examine as fórmulas representadas a seguir e julgue os itens abaixo, considerando CC para os corretos e
EE para os errados.
P4, S8, Br2, CaBr2, Zn, He
1) O número de substâncias simples representadas é dois. 2) O número de substâncias compostas representadas é
quatro.
3) O número de substâncias poliatômicas é um. 4) CaBr2 é uma mistura das substâncias Ca e Br2. 5) A fórmula S8 indica que oito átomos estão ligados for-
mando uma única molécula.
33.
33.(UnB-DF) A investigação química é uma atividade hu- mana que tem grande influência na sociedade. Com relação a essa atividade e suas características, julgue os itens a seguir, consideran do CC para os corretos e EE para os errados.
1)A Alquimia era uma atividade científica da Idade M édia, que se caracterizava pelo uso do método científico de observação, experimentação e generalização.