Propriedades da matéria, substância, mistura e sistema, estados físicos e suas transformações

Propriedades da matéria, substância, mistura e sistema, estados físicos e suas transformações

Objetivo

Serão apresentados os estados físicos da matéria e suas propriedades. Você irá compreender o conceito de misturas e também serão abordadas as transformações da matéria.

Se liga

Para compreender as propriedades da matéria é recomendável que você conheça alguns conceitos relacionados à química básica. Se surgir alguma dúvida clique aqui para assistir uma aulinha e tirar suas dúvidas, caso não seja redirecionado automaticamente, busque na nossa biblioteca pela aula “Estados físicos e suas transformações”.

Curiosidade

O gás Hélio é um exemplo de substância simples que é muito utilizada por mergulhadores. Ele está presente para substituir o nitrogênio durante os mergulhos. Você deve estar se perguntando o porquê do gás Hélio ser utilizado, não é mesmo? A resposta é simples! Quando submetido a altas pressões, como em mergulhos profundos, o nitrogênio pode causar um fenômeno chamado narcose por nitrogênio (embriaguez das profundidades).

Teoria

Propriedades da matéria, substância, mistura e sistema, estados físicos e suas transformações

A matéria pode ser encontrada em três estados físicos, sendo eles sólido, líquido e gasoso. O que determina o estado em que a matéria se encontra é a proximidade das partículas que a constitui.

No estado sólido as interações intermoleculares são extremamente fortes, isso faz com que sua forma e volume sejam fixas. Os sólidos têm um grau de agitação das moléculas baixas.

Os líquidos têm suas interações intermoleculares com um maior comprimento que dos sólidos, por exemplo, isso faz com que esse estado físico assuma uma forma fluída e seja possível moldá-los na forma do recipiente onde se encontra.

Atenção! Apesar de sua forma moldável, o estado líquido possui volume fixo, pois o seu grau de agitação é intermediário, ou seja, maior que dos sólidos, porém menor que dos gases, ainda não é suficiente para fazer com que seu volume seja variável.

No estado gasoso, temos baixa interação molecular, as partículas se movimentam espontaneamente, o grau de agitação das moléculas nos gases é elevado, e com isso vem a explicação do fato da forma e do volume dos gases serem variáveis e ocuparem todo o volume do recipiente que podem se encontrar.

Arranjo das moléculas nos estados físicos da matéria.

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As mudanças de estado físico são representadas por cinco processos que levam de um estado para outro.

Note que cada tipo de mudança é marcado por suas especificidades.

• Condensação ou liquefação: nesse processo ocorre a passagem do estado gasoso para o estado líquido.

• Solidificação: passagem do estado líquido para sólido, quando a sua temperatura diminui .

• Fusão: ao contrário da solidificação, a fusão é o processo de passagem de sólido para líquido.

• Sublimação: nesse processo, a matéria vai do estado sólido para o gasoso e do estado gasoso para o sólido (ressublimação).

• Vaporização: passagem do estado líquido para o gasoso. Porém, é importante ressaltar que a vaporização é um processo dividido em subcategorias.

o Evaporação: vaporização lenta o Ebulição: vaporização intermediária o Calefação: vaporização instantânea

Que tal dar uma olhada nesse super mapa mental que preparamos para você no nosso “quer que desenhe?” clique aqui para assistir.

Mudanças de estado físico, fonte: educacao.globo, acesso em 17/02/21 às 12h14min.

Propriedades da matéria

Essas propriedades podem ser classificadas em gerais e específicas que por sua vez se dividem em propriedades químicas, físicas, organolépticas e funcionais.

Propriedades Química e propriedades físicas

As propriedades químicas, referem-se à capacidade que uma substância tem de transformar-se em outra por meio de reações químicas. Já as propriedades físicas são aquelas que podem ser coletadas e analisadas sem que a composição química da matéria mude, ou seja, resultam em fenômenos físicos e não químicos.

Propriedades gerais

As propriedades gerais são propriedades que se aplicam a qualquer matéria, independente de sua constituição. Sendo elas:

• Inércia: Uma matéria sempre apresenta a tendência de manter o seu estado, seja de repouso, seja de movimento.

• Massa: Fisicamente, massa é uma grandeza que indica a medida da inércia ou da resistência de um corpo de ter seu movimento acelerado. Porém, podemos, de uma forma geral, associar a massa à quantidade de partículas existentes em uma matéria.

• Volume: É o espaço que uma matéria ocupa.

• Impenetrabilidade: Duas matérias não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.

• Compressibilidade: É a característica que a matéria apresenta de diminuir o espaço que estava ocupando quando submetida a uma força externa.

• Elasticidade: É a característica que uma matéria tem de voltar à sua forma original quando uma força externa a estica ou comprime.

• Divisibilidade: É a capacidade que a matéria possui de ser dividida inúmeras vezes sem deixar de ser o que ela é.

Propriedades específicas

As propriedades específicas são propriedades exclusivas de cada matéria, permitindo diferenciá-las umas das outras.

Ponto de Fusão (PF): É a temperatura em que ocorre a passagem do estado sólido para o líquido a uma determinada pressão.

Ponto de Ebulição (PE): É a temperatura em que ocorre a passagem do estado líquido para o gasoso a uma determinada pressão.

Densidade: É a relação entre a quantidade de matéria em massa e o seu volume. A densidade absoluta de um corpo é igual a m/V. Se a massa é medida em gramas e o volume em centímetros cúbicos, a densidade é obtida em gramas por centímetros cúbicos.

Solubilidade: É a característica que uma determinada matéria apresenta de dissolver outra. Por exemplo, a solubilidade do sal de cozinha em água é encontrada pela relação da quantidade de sal que é solubilizada em determinada quantidade de água.

Dureza: É a capacidade que um material tem de riscar outro. Por exemplo, o diamante é considerado o material com maior dureza conhecida, pois ele consegue risca quaisquer outros materiais.

Tenacidade: Algumas pessoas acabam confundindo tenacidade com dureza, mas tenacidade é a capacidade que uma matéria tem de resistir ao impacto com outra matéria. Quando uma pedra é arremessada no vidro, este se quebra, ou seja, a pedra é mais tenaz que o vidro.

As propriedades organolépticas são as propriedades que a matéria tem de estimular pelo menos um dos nossos cinco sentidos (tato, olfato, visão, paladar e audição).

Propriedades Funcionais

São características constantes em determinadas matérias, sendo pertencentes a um mesmo grupo funcional, como por exemplo: ácidos, bases, óxidos e sais.

Ácidos: ionizam em solução aquosa, liberam íons hidrônio (H⁺ ) apresentando um azedo.

Bases: em solução aquosa, libera íons hidroxila (OH^-) e tem sabor adstringente.

Sais: apresentam, no mínimo, um cátion diferente de H⁺ e um ânion diferente de OH^-. Óxidos: compostos binários, que têm dois elementos, sendo um deles o oxigênio.

Substâncias puras

As substâncias puras são matérias que possuem composição química, propriedades físicas e químicas constantes, uma vez que elas sofrem modificação em pressão e temperatura constantes. Além disso, as substâncias puras podem ser divididas em dois grupos: substâncias simples e substâncias compostas.

Substâncias simples: São os compostos químicos formados por átomos do mesmo elemento químico. Como o exemplo da molécula do gás hidrogênio (H2), ou o gás hélio (He), essa estrutura é formada por um único elemento químico, o Hélio.

Substâncias Compostas: São compostos químicos formados por átomos de diferentes elementos químicos.

Um exemplo clássico é o da molécula do gás Dióxido de Carbono (CO2).

Misturas

Trata-se de uma porção de matéria constituída por duas ou mais substâncias (compostas ou simples) que sejam diferentes. As propriedades físicas presentes em uma mistura não são definidas pois são variáveis.

Isso é, as propriedades físicas irão depender da quantidade de cada substância presente na mistura e da natureza delas, como mostra o gráfico a seguir.

Gráfico de mistura, fonte: Alfa Connection.

Atenção! Existem certas misturas que são exceções.

Azeotrópicas: mistura de duas ou mais substâncias que, a uma certa composição, possui um ponto de ebulição constante e fixo, como se fosse uma substância pura.

Gráfico de mistura azeotrópica, fonte: Alfa Connection.

Eutéticas: é uma mistura de compostos ou elementos químicos, em uma determinada proporção, na qual o ponto de fusão é o mais baixo possível.

Gráfico de mistura eutética, fonte: Alfa Connection.

As misturas podem ser classificadas em dois conjuntos, o de misturas homogêneas e de misturas heterogêneas. Mistura Homogênea é a mistura em que não é possível perceber a separação de seus componentes. Toda a mistura apresenta apenas uma fase. Nas misturas homogêneas, as partículas estão

dispersas, e não é possível enxergar mais de uma fase, nem mesmo com auxílio de um microscópio. É possível observar misturas homogêneas no nosso dia-a-dia, basta adicionar uma pitadinha de sal em um copo de água.

Muito provavelmente você já tentou colocar algumas gotinhas de óleo em um copo de água e não conseguiu fazer com que os dois se misturassem. Isso acontece porque na junção da água e do óleo se obtém uma mistura heterogênea, que possui mais de uma fase. É possível observar misturas heterogêneas em água e areia, granito (mistura de quartzo, feldspato e mica) e assim por diante.

Exercícios de fixação

1.

Os átomos dos elementos químicos combinam uns com os outros de diversas formas, constituindo as moléculas das substâncias. Estas podem ser simples ou compostas. Diante do exposto, trata-se uma substância simples:

a) Ácido sulfúrico (H2SO4) b) Gás carbônico (CO2) c) Ar atmosférico (O2,N2, CO2) d) Gás ozônio (O3)

e) Ácido fosfórico (H3PO4)

2.

O aumento da acidez do solo pode ser provocado pela chuva ácida, na qual alguns compostos são transformados em ácidos, como dióxido de enxofre:

SO2 + ½ O2 → SO3 SO3 + H2O → H2SO4

Na equação global, nesse processo, observa-se a presença exatamente de:

a) uma substância simples b) duas substâncias simples.

c) cinco substâncias simples.

d) cinco substâncias compostas.

e) seis substâncias compostas.

3.

O técnico em metalurgia é o profissional que planeja e supervisiona a produção de peças fundidas, bem como a aplicação e tratamento dos metais e suas ligas e execução das atividades de caldeiraria e soldagem. Como exemplo de ligas temos o bronze, liga de cobre (Cu) e estanho (Sn), e a solda, liga de estanho e chumbo (Pb).

a) substâncias simples.

b) substâncias compostas.

c) misturas de substâncias compostas.

d) misturas de substâncias simples.

e) 1 mistura de substância simples e 1 mistura de substância composta.

4.

Em condições normais, o ponto de ebulição da água é 100 °C. Podemos afirmar que esta é uma propriedade:

a) Genérica b) Específica c) Organoléptica d) Funcional

e) Nenhuma das alternativas

5.

Colocar exercício sobre misturas O ponto de fusão do ferro é igual a 1530 ºC e o ponto de ebulição é de 2 450ºC. Baseado nisso, qual será o estado físico do ferro nas seguintes temperaturas: 25 ºC, 130 ºC, 1 459 ºC, respectivamente.

a) Sólido, líquido, líquido.

b) Sólido, líquido, gasoso c) Sólido, sólido, sólido.

d) Líquido, líquido, gasoso.

e) Gasoso, líquido, sólido.

Exercícios de vestibulares

1.

(UNESP) Alguns historiadores da Ciência atribuem ao filósofo pré-socrático Empédocles a Teoria dos Quatro Elementos. Segundo essa teoria, a constituição de tudo o que existe no mundo e sua transformação se daria a partir de quatro elementos básicos: fogo, ar, água e terra. Hoje, a química tem outra definição para elemento: o conjunto de átomos que possuem o mesmo número atômico. Portanto, definir a água como elemento está quimicamente incorreto, porque trata-se de:

a) uma mistura de três elementos.

b) uma substância simples com dois elementos.

c) uma substância simples com dois elementos d) uma mistura de dois elementos.

e) uma substância composta por dois elementos.

2.

(FGV 2013) A química é responsável pela melhora em nossa qualidade de vida e está inserida em nosso cotidiano de muitas formas em substâncias e misturas que constituem diversos materiais.

Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, substância simples, substância composta, mistura homogênea e mistura heterogênea.

a) Água, granito, alumínio, aço.

b) Água, aço, alumínio, granito.

c) Alumínio, aço, água, granito.

d) Alumínio, água, aço, granito.

e) Alumínio, água, granito, aço.

3.

(PUC-Campinas-SP) “O sistema formado por etanol, água e três cubos de gelo é X e contém Y substâncias químicas”. Completa-se corretamente a afirmação mencionada substituindo-se X e Y, respectivamente, por:

a) bifásico - duas.

b) bifásico - três.

c) trifásico - duas.

d) tetrafásico - três.

e) pentafásico - duas

4.

(UFES-ES) Observe a representação dos sistemas I, II e III e seus componentes. O número de fases em cada um é, respectivamente:

a) 3, 2 e 4.

b) 3, 3 e 4.

c) 2, 2 e 4.

d) 3, 2 e 5.

e) 3, 3 e 6.

5.

(FCC-SP) Esta questão apresenta três afirmativas que podem estar corretas ou incorretas. Responda- às, obedecendo ao seguinte código:

O conteúdo do recipiente acima representa um sistema:

I. formado por substância pura.

II. constituído por uma única substância.

III. trifásico.

a) Somente a afirmativa I é correta.

b) Somente a afirmativa III é correta.

c) Somente a afirmativa II é correta.

d) Somente as afirmativas I e II são corretas.

e) As afirmativas I, II e III são corretas.

6.

(UFAL-AL) Uma pessoa comprou um frasco de álcool anidro. Para se certificar de que o conteúdo do frasco não foi fraudado com a adição de água, basta que ela determine, com exatidão,

I. a densidade

III. a temperatura de ebulição IV. a massa

Dessas afirmações, são corretas SOMENTE:

a) I e II b) II e III c) I e IV d) I e III e) III e IV

7.

(USC – 2012) Na adição de cloreto de sódio à água reduz o seu ponto de congelamento devido ao efeito crioscópico. A presença de 23,3% de NaCls na água pode reduzir o seu ponto de congelamento a -21,1 °C, formando entre ambos uma mistura eutética. Se NaCl sólido for adicionado ao gelo acima dessa temperatura, parte desse gelo se fundirá e ocorrerá a dissolução do sal adicionado. Se mais sal for adicionado, o gelo continuará a fundir. Essa é uma prática comum, utilizada para remover o gelo das ruas das cidades em que neva no inverno.

PERUZZO, F. M; CANTO, E. L. Química: na abordagem do cotidiano. v. 2. Físico-Química. 4. ed. São Paulo: Moderna, 2006. – Texto adaptado.

Assinale a alternativa na qual a curva de aquecimento da mistura eutética citada acima está corretamente representada. Legenda: S = Sólido; L= Líquido; G = Gasoso.

a) c) e)

b) d)

8.

(EAM) Um estudante realiza a seguinte experiência durante um dia em que a temperatura ambiente é de 30°C: retira uma caçamba de gelo e a coloca sobre um balcão. Após determinado tempo, o gelo derreterá completamente. Se ele, após isso, pegar a porção de água resultante, no estado líquido, e a colocar em uma panela sobre a chama de um fogão a água irá vaporizar completamente passando assim pelos três possíveis estados físicos da matéria. A respeito do estado de agregação das moléculas nos estados físicos da matéria, é correto afirmar que as moléculas:

a) estão pouco agregadas apenas no estado sólido b) estão bastante agregadas em todos os estados físico

c) possuem um estado de agregação intermediário apenas no estado líquido d) estão bastante agregadas apenas no estado de vapor

e) estão pouco agregadas em todos os estados

9.

(FUVEST-SP) Ácido acético e bromo, sob pressão de 1atm, estão em recipientes imersos em banhos, como mostrado na figura adiante. Nessas condições, qual é o estado físico preponderante de cada uma dessas substâncias?

Dados: o ácido acético apresenta temperatura de fusão igual a 17°C e temperatura de ebulição a 1 atm igual a 118°C. O bromo apresenta temperatura de fusão igual a –7°C e temperatura de ebulição a 1 atm igual a 59°C.

a) Ácido acético sólido e bromo líquido.

b) Ácido acético líquido e bromo gasoso.

c) Ácido acético gasoso e bromo sólido.

d) Ácido acético sólido e bromo gasoso.

e) Ácido acético gasoso e bromo líquido.

10.

(Unicamp – 2017) “Quem tem que suar é o chope, não você”. Esse é o slogan que um fabricante de chope encontrou para evidenciar as qualidades de seu produto. Uma das interpretações desse slogan é que o fabricante do chope recomenda que seu produto deve ser ingerido a uma temperatura bem baixa.

Pode-se afirmar corretamente que o chope, ao suar, tem a sua temperatura:

a) diminuída, enquanto a evaporação do suor no corpo humano evita que sua temperatura aumente.

b) aumentada, enquanto a evaporação do suor no corpo humano evita que sua temperatura diminua.

c) diminuída, enquanto a evaporação do suor no corpo humano evita que sua temperatura diminua.

d) aumentada, enquanto a evaporação do suor no corpo humano evita que sua temperatura aumente.

e) inalterada, pois não haverá uma troca de calor entre os materiais.

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Gabaritos

Exercícios de fixação

1. D

Substâncias simples são formadas por apenas um tipo de átomo, assim:

a) Incorreta. Ácido sulfúrico (H2SO4) Trata-se de uma substância composta por 3 elementos químicos diferentes.

b) Incorreta. O gás carbônico (CO2) é composto por 2 elementos diferentes.

c) Incorreta. O ar atmosférico é uma mistura de diferentes tipos de gases, simples e compostos, entre eles, podemos citar, por exemplo, o dióxido de carbono (CO2).

d) Correta. O ozônio (O3), é uma substância simples formada por apenas 1 elemento químico.

e) Incorreta. Ácido fosfórico (H3PO4) é uma substância composta por 3 elementos químicos diferentes.

2. A

Montando a equação global a partir das reações dadas temos que:

SO2 +½ O2 → SO3 SO3 + H2O →H2SO4

______________________________________

SO2 + ½ O2 + H2O → H2SO4

Possuindo assim somente 1 substância simples (O2).

3. D

Sabendo que uma mistura é constituída por uma porção de matéria composta por duas ou mais substâncias, podemos afirmar que o bronze é uma mistura de cobre e estanho, e a solda é uma mistura de estanho com chumbo. Além disso, podemos dizer que se trata de uma mistura de substâncias simples, pois ela é formada por átomos do mesmo elemento químico.

4. B

O ponto de ebulição é uma propriedade que nos permite distinguir uma substância de outra, portanto, é uma propriedade específica da matéria.

5. C

Para que o ferro saia de sua fase sólida para a fase líquida, é preciso atingir seu ponto de fusão (1.538 °C), sendo assim:

25 ºC: sólido;

130 ºC: sólido;

1 459 ºC: sólido;

Exercícios de vestibulares

1. E

A água é uma substância formada por moléculas compostas por dois elementos químicos: hidrogênio e oxigênio.

2. D

Alumínio: substância simples (formada apenas pelo elemento alumínio).

Água: substância composta por dois elementos químicos (hidrogênio e oxigênio).

Aço: mistura homogênea (basicamente, liga de ferro e carbono).

Granito: mistura heterogênea formada por feldspato, mica e quartzo.

3. A

X = sistema heterogêneo por possuir 2 fases visíveis (líquido -água e etanol- e sólido -gelo), portanto trata-se de um sistema bifásico.

Y = possui 2 substâncias químicas (etanol e água).

4. E

I. Óleo, água e gelo.

Óleo: 1 fase Água: 1 fase Gelo: 1 fase Total de fases: 3 II. Água gaseificada e gelo.

Água gaseificada: 2 fases gelo: 1 fase

Total de fases: 3

III. Óleo, gelo, água salgada e granito.

Óleo: 1 fase Gelo: 1 fase

Água salgada: 1 fase

Granito: 3 fases (quartzo, feldspato e mica).

Total de fases: 6

Portanto, podemos concluir que a alternativa correta é letra E (3,3 e 6).

5. B

I. Incorreto: As substâncias não podem ser simples, pois a água é formada por átomos de hidrogênio e oxigênio, portanto é uma substância composta.

II. Incorreto: No recipiente há água mineral, logo ela é enriquecida com diversos minerais, portanto não é constituído de uma única substância.

III. Correta: Há três fases distintas: Sólido (gelo), Gasoso (vapor d’água) e líquido (água). Portanto, podemos afirmar que trata-se de um sistema trifásico.

6. D

O ponto de ebulição e densidade são as únicas propriedades que permitem a identificação dos líquidos.

Tratam-se de propriedades específicas, ou seja, cada uma das substâncias possui valores diferentes dessas propriedades.

Ponto de ebulição: é a temperatura em que a substância passa do estado líquido para o estado gasoso.

Densidade: é a propriedade da matéria que relaciona a massa da substância e o volume ocupado por ela.

7. B

Misturas eutéticas são aquelas em que a fusão ocorre a uma temperatura constante, mas a ebulição ocorre num dado intervalo de temperatura. O gráfico correspondente é o da alternativa [B].

8. C

O estado de agregação da matéria diz respeito às moléculas da substância: se elas estão mais unidas ou mais afastadas.

O estado líquido possui um estado de agregação intermediário: as moléculas não estão super juntinhas como no estado sólido, mas também não estão tão afastadas quanto no estado gasoso.

9. E

É preciso considerar que o ácido acético se encontra em banho de óleo a uma temperatura de 150°C e o bromo se encontrar em banho de água a uma temperatura de 0°C, ambos a 1 atm de pressão.

O ácido acético apresenta ponto de fusão igual a 17°C, de forma que a uma temperatura de 150°C ele irá se fundir, estando, portanto, no estado gasoso. E o bromo apresenta ponto de fusão igual a -7°C, e em uma temperatura de 0°C ele irá se fundir, estando, portanto, no estado líquido.

10. D

A temperatura baixa do chope e do recipiente ocupado por ele provoca a condensação do vapor da água presente na atmosfera. Este processo é exotérmico: H2O (V) → H2O (l) + calor. Esta mudança de estado fornece calor ao recipiente e ao chope que tem sua temperatura aumentada.

O processo de evaporação da água presente no suor do corpo humano ocorre com absorção de calor, ou seja, é endotérmico: H2O (l) + calor → H2O (v). Esta mudança de estado provoca a absorção de calor do corpo evitando a elevação de sua temperatura.