TQ Aula 02 - 03Jul

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Estrutura da Matéria – BC0102

Prof. Fernando Carlos Giacomelli (turmas A1 - B1)

[email protected]

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a

Hipótese Atômica:

O Átomo Indivisível

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Filósofo grego, aluno de Platão e professor de Alexandre, o Grande.

Aristóteles (384 BC – 322 BC)

“A matéria era infinitamente divisível até o infinito: Teoria da Matéria Contínua”

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Demócrito (460 BC - 370 BC)

O grego Demócrito (e alguns outros antes dele) afirmava que tudo que havia na natureza era feito de vários tipos de unidades indivisíveis, chamadas . Esta afirmação tinha origem basicamente filosófica, e não tinha como base nenhuma experiência.

a = não tomo = divisão

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Empédocles (490 BC -430 BC)

Defendia outra idéia:

Toda a matéria seria composta de combinações de quatro elementos

primordiais:

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Aristóteles (384 BC - 322 BC)

O sistema de mundo de Aristóteles

“Teoria da Matéria Contínua”

foi adotado oficialmente pela Igreja Católica, e dominou o conhecimento

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A matéria seria feita de vários

“elementos indivisíveis”, não apenas os quatro elementos clássicos.

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“Materiais reagem mais rapidamente com oxigênio do que com ar”

Padre

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O francês Lavoisier definiu os elementos como substâncias que não podem ser

separadas em outras substâncias por nenhum processo químico.

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Antoine Lavoisier: estabeleceu as bases da química como uma ciência quantitativa.

Separou definitivamente o que

entendemos como química moderna dos antigos estudos de alquimia.

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Contribuições de Lavoisier:

Descobriu que a água era uma substância composta: formada por dois átomos de hidrogênio e um oxigênio (a água já não é

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Elemento químico: é a menor porção de uma substância que ainda apresenta as mesmas propriedades químicas e não pode

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elementos químico: isolou 17 diferentes metais e os identificou como elementos e isolou 9 diferentes ametais e os identificou

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Lei de Lavoisier ou Lei da Conservação da matéria (1774):

“Numa reação química realizada em

recipiente fechado a massa total antes da transformação (reagentes) é igual à

massa total após a transformação (produtos)”

Lavoisier postulou uma das leis

fundamentais da ciência: a conservação da massa.

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a O

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A Lei de Lavoisier é uma consequência natural da existência de átomos indestrutíveis.

•_{Nenhum átomo pode “desaparecer” durante uma reação química,}

por isso a quantidade de matéria ( = massa ) antes e depois da reação química tem que ser a mesma.

•_{Esta lei não permite determinar a massa dos átomos envolvidos,}

apenas que a soma total das massas antes e depois de uma reação química é a mesma.

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No auge da Revolução Francesa, ele foi acusado por Jean-Paul Marat de vender tabaco adulterado e teve sua cabeça cortada.

Antoine Lavoisier (1743 - 1794)

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Lei de Proust ou Lei das proporções constantes (1787):

`` A proporção das massas que reagem é sempre constante.``

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Isto também é consequência natural da hipótese atômica: supomos que os átomos de carbono sempre se unem da

mesma forma com os átomos de oxigênio para formar o gás carbônico

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Lei de Dalton ou

Lei das Proporções Múltiplas (1804)

" A massa de um elemento reage com a massa fixa de outro elemento para formar

compostos distintos. Em qualquer caso, existe uma relação de números inteiros e

geralmente simples entre si. "

Permanecendo constante a massa do nitrogênio, existe uma relação entre as massas de oxigênio (1:2:3:4:5).

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Explica certas leis de reações químicas a partir da hipótese de

que os elementos são constituídos, na verdade, de pequenas partes indivisíveis, os

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Modelo Atômico de Dalton (1808)

Todo elemento químico é composto de pequenas partículas indivisíveis e indestrutíveis chamadas átomos;

_{Todos os átomos de um mesmo elemento}

apresentam as mesmas propriedades;

_{Átomos de diferentes elementos químicos}

têm propriedades químicas diferentes;

_{Formam-se substâncias compostas quando}

se combinam átomos distintos de mais de um elemento.

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri

a _Dalton_{caracterizou o átomo como sendo}

esférico, indivisível e indestrutível.

Modelo Atômico de Dalton (1808)

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No século XVIII e XIX, os químicos descobriram uma série de leis experimentais, que eram obedecidas por todas as reações

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Dalton era Daltônico e foi o primeiro cientista a pesquisar este distúrbio ocular chamado posteriormente de “Daltonismo”

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a A Teoria Atômica de Dalton não foi

imediatamente aceita...eram necessárias mais provas!!!

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Os cientistas ainda não sabiam:

_{Qual o tamanho exato de um átomo?}

_{Quanto pesa um átomo?}

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Gases

•Os gases apresentam um

comportamento muito simples, e muitas das leis representam evidências valiosas para a existência do átomo.

•Onze elementos da tabela periódica são

gases nas condições normais.

•Temos também gases à temperatura

ordinárias, que são compostos moleculares tais como metano (CH₄) e propano (C₃H₈)

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Lei de Gay-Lussac (1808)

Lei Volumétricas das Reações Químicas

Os volumes de gases que participam de uma reação química, medidos nas mesmas

condições de pressão e temperatura, guardam entre si uma relação constante que

pode ser expressa através de números inteiros.

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Existem reações entre gases que ocorrem com expansão de volume, isto é, o volume dos produtos é maior que o volume dos reagentes, como na decomposição do gás amônia

Lei de Gay-Lussac (1808)

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Existem reações entre gases que ocorrem com expansão de volume, isto é, o volume dos produtos é maior que o volume dos reagentes, como na decomposição do gás amônia

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Em outras reações gasosas o volume se conserva, isto é, a soma dos volumes dos reagentes e o volume final do produto é o mesmo. É o que acontece, por exemplo, na síntese de cloreto de hidrogênio

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Em outras reações gasosas o volume se conserva, isto é, a soma dos volumes dos reagentes e o volume final do produto é o mesmo. É o que acontece, por exemplo, na síntese de cloreto de hidrogênio

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Hipótese de Avogadro (1811)

Na tentativa de explicar a lei volumétrica de Gay-Lussac, Amadeo Avogadro propôs que amostras de gases diferentes, ocupando o mesmo volume e submetidas às mesmas condições de pressão e temperatura, são formadas pelo

mesmo número de moléculas.

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A relação entre os volumes dos gases que reagem e que são formados numa reação é a mesma relação entre o número de moléculas participantes.

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Podemos pensar na hipótese de Avogrado da seguinte maneira: os constituintes básicos de qualquer gás ocupam basicamente o mesmo espaço.

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A hipótese de Avogadro permitiu, mesmo sendo impossível determinar a massa de uma molécula, comparar as massa de várias moléculas. Em outras palavras a hipótese de Avogadro permite calcular quantas vezes uma molécula é mais leve ou mais pesada do que a outra.

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 10 L de gás H₂(0ºC e 1 atm) pesam 0,893 grama  10 L de gás O₂(0ºC e 1 atm) pesam 14,3 gramas

As amostras gasosas são formadas pelo mesmo número de moléculas.

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A hipótese atômico era muito bem aceita no final do século XIX. Hoje em dia, já não se questiona a existência do átomo, e sim procura-se maneiras de manipulá-lo de formas que seja mais conveniente.

Hipótese Atômica

Em 1990, cientistas trabalhando na IBM conseguiram manipular átomos individuais, depositando-os sobre uma superfície metálica para formar as letras “I B M”.

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Wilhelm Ostwald (1900)

Mol é simplesmente uma determinada quantia fixa de objetos, como uma dúzia (12), uma dezena (10). A diferença é que o mol é geralmente usado para objetos muito pequenos (moléculas, átomos, etc...), por isso, o mol é escolhido como sendo um número muito grande.

Definição atual: o mol é definido como o número de átomos que existe em precisamente 12 g de carbono 12

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B C 0 1 0 2 – E s tr u tu ra d a M a té ri a Wilhen Ostvald (1900)

Introduziu o conceito mol

A massa de um átomo de carbono-12 foi determinada por técnicas modernas como sendo 1,99265 x 10-23 _g_{. Portanto, o número de}

átomos de Carbono 12 numa amostra de 12 g é dado por:

1 mol de objetos = 6,0221x1023_objetos

Esse número também é conhecido como

constante de Avogrado (N_A). átomos 10 x 6,0221 g 10 x 1,99265 g 12 23 23 - 

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a _{A massa molar}_{de um elemento é a massa de um mol de seus}

átomos

A massa molar de um composto molecular é a massa por mol de suas moléculas.

Massa Molar (g.mol-1)

Cu - 63,54 g.mol-1

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Leis dos Gases

Jacques Alexandre César Charles Robert Boyle

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Leis dos Gases

Os primeiros estudos foram feitos por Robert Boyle (1662)

“efeito da pressão sobre o volume de um gás”

Um século e meio mais tarde, com a ajuda de balões de ar quente, Jacques Charles e Joseph-Louis Gay-Lussac, descobriram outras relações entre as variáveis de estado pressão, temperatura e volume.

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Lei de Boyle

“o volume de uma quantidade fixa de gás é inversamente proporcional à sua

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Boyle verteu mercúrio em tubo em forma de J prendendo ar no lado menor. Quanto mais mercúrio era adicionado, mais o gás era comprimido.

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Lei de Boyle

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 Quando um gás é comprimido, suas moléculas são confinadas

em um volume menor.

 Aumentando a concentração de partículas no interior do

recipiente (número de moléculas/volume) e consequentemente o número de colisões com as paredes do recipiente aumenta-se a pressão.

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Leis de Charles e Gay-Lussac (1780-1802)

Charles e Gay-Lussac fizeram uma série de experimentos com intenção de melhorar o desempenho dos balões.

“empiricamente se sabia que balões de ar quente se expandiam quando aquecidos”

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a Quando um gás que é aquecido em um

recipiente de volume fixo, a pressão varia linearmente com a temperatura e os dados experimentais podem ser extrapolados para pressão zero em T = -273,15 o_C.

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Efeito da temperatura sobre a pressão de um gás:

A temperatura está relacionada com a velocidade com que as moléculas do gás se movimenta. Quando a temperatura de um gás aumenta, a velocidade média das moléculas aumenta. As moléculas chocam-se com as paredes com frequência maior e exercem uma força maior nas paredes, logo a pressão aumenta.

Efeito da temperatura sobre o volume de um gás:

Como a velocidade das moléculas aumenta com o aumento da temperatura, para impedir o aumento de pressão, o volume do gás deve aumentar, para que menos moléculas se choquem com as paredes do recipiente.

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• _{Volumes iguais de gases a mesma temperatura e}

pressão contém o mesmo número de átomos (ou moléculas).

• _{A lei de Avogadro: o volume de gás a uma dada}

temperatura e pressão é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás.

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Muitos gases que conhecemos são misturas (ex. atmosfera)

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Muitos gases que conhecemos são misturas (ex. atmosfera)

Fazendo alguns experimentos Dalton enunciou a lei das pressões parciais

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Os desvios são menores quando a pressão diminui.

Quando os moléculas estão muito concentradas (altas pressões), elas estão mais próximas umas das outras e neste caso, as duas suposições da teoria cinética dos gases podem falhar:

As moléculas do gás têm volume finito, que já não é desprezível

em comparação com a distância média entre as moléculas;

As moléculas do gás estão próximas o bastante para que existam

forças de atração molecular entre elas, que já não podem ser desprezadas.

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Primeira Aula Teórica

07/07 - sala 204-0 - 08:00 às 10:00 hs (A1)

07/07 - sala 207-0 - 10:00 às 12:00 hs (B1)