Transformações Químicas. Profª. Carla Simone Grassmann

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2017

T ransformações

Q ^uímicas

Profª. Carla Simone Grassmann

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Elaboração:

Profª. Carla Simone Grassmann

Revisão, Diagramação e Produção:

Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI

Ficha catalográfica elaborada na fonte pela Biblioteca Dante Alighieri UNIASSELVI – Indaial.

85.08080115

G768t Grassmann, Carla Simone

Transformações químicas / Carla Simone Grassmann.

Indaial: UNIASSELVI, 2017.

209 p. : il.

ISBN 978-85-515-0111-5

1.Química – Transformação e Energia.

I. Centro Universitário Leonardo Da Vinci.

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a presenTação

Olá, acadêmico! Seja muito bem-vindo a uma nova etapa voltada aos estudos da química, mais precisamente, o universo das transformações químicas. O mundo que conhecemos está em constante transformação, e estas transformações estão presentes no nosso dia a dia, no nosso corpo, nos bens que consumimos, na tecnologia, na saúde, na agricultura e no universo. Conhecer como essas transformações ocorrem é fundamental para o surgimento de novos materiais, novas tecnologias e para que novas descobertas sejam feitas, nas mais distintas áreas. Não é possível modificarmos ou transformarmos algo que não conhecemos.

A partir deste momento, vamos entrar nesse universo e aprender sobre a composição da matéria, suas características, as leis e regras que regem as transformações dessa matéria, bem como suas propriedades.

Para tanto, distribuímos nosso estudo em três unidades. Na primeira unidade, nós veremos as contribuições e avanços na história da humanidade, em busca do conhecimento da matéria e formas de transformá-la. Estudaremos a matéria, as substâncias, as misturas, e veremos como estas se apresentam, como ocorrem algumas transformações, e conhecer algumas leis que regem essas transformações.

Na segunda unidade, nosso objetivo é tratar das propriedades ligadas às transformações químicas, veremos como as reações químicas ocorrem, a classificação das propriedades da matéria e das soluções.

Já na terceira unidade iremos estudar os fatores que influenciam as reações químicas, como controlar as reações e de que forma o equilíbrio químico é estabelecido nessas reações.

Desse modo, convido a todos a embarcar nessa jornada de descobrimento pelo universo da química e suas transformações. Bom estudo!

Profª. Carla Simone Grassmann

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Você já me conhece das outras disciplinas? Não? É calouro? Enfim, tanto para você que está chegando agora à UNIASSELVI quanto para você que já é veterano, há novidades em nosso material.

Na Educação a Distância, o livro impresso, entregue a todos os acadêmicos desde 2005, é o material base da disciplina. A partir de 2017, nossos livros estão de visual novo, com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura.

O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página, o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo.

Assim, a UNIASSELVI, preocupando-se com o impacto de nossas ações sobre o ambiente, apresenta também este livro no formato digital. Assim, você, acadêmico, tem a possibilidade de estudá-lo com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador.

Eu mesmo, UNI, ganhei um novo layout, você me verá frequentemente e surgirei para apresentar dicas de vídeos e outras fontes de conhecimento que complementam o assunto em questão.

Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar seus estudos com um material de qualidade.

Aproveito o momento para convidá-lo para um bate-papo sobre o Exame Nacional de Desempenho de Estudantes – ENADE.

Bons estudos!

NOTA

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UNIDADE 1 – A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES ... 1

TÓPICO 1 – A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES ...3

1 INTRODUÇÃO ... 3

2 TRANSFORMANDO A MATÉRIA ... 6

2.1 CONCEITO DE MATÉRIA ...6

3 ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA ... 9

3.1 MUDANÇAS NO ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA ...18

RESUMO DO TÓPICO 1... 24

AUTOATIVIDADE ... 26

TÓPICO 2 – SUBSTÂNCIAS PURAS X MISTURAS ... 27

2 SUBSTÂNCIAS PURAS ... 27

2.1 PROPRIEDADES FÍSICAS ESPECÍFICAS DAS SUBSTÂNCIAS ...28

3 MISTURAS ... 32

3.1 SEPARAÇÃO DE MISTURAS...34

3.2 PROPRIEDADE DAS MISTURAS ...39

TÓPICO 3 – CLASSIFICAÇÃO DAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS E AS LEIS PONDERAIS ... 47

2 TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS... 47

2.1 TIPO DE TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS ...51

3 LEIS PONDERAIS DAS REAÇÕES QUÍMICAS... 57

LEITURA COMPLEMENTAR ... 63

UNIDADE 2 – PROPRIEDADES LIGADAS ÀS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS ... 69

TÓPICO 1 – REAÇÕES QUÍMICAS ... 71

2 TIPOS DE REAÇÕES QUÍMICAS ... 71

2.1 EQUAÇÃO QUÍMICA ...79

2.2 BALANCEAMENTO DAS EQUAÇÕES QUÍMICAS ...82

2.3 REAGENTE LIMITANTE E REAGENTE EM EXCESSO ...89

3 REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO ... 92

3.1 NÚMERO DE OXIDAÇÃO ...94

s ^umário

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TÓPICO 2 – PROPRIEDADES DA MATÉRIA I ... 103

2 PROPRIEDADES DA MATÉRIA E DAS SUBSTÂNCIAS ... 103

2.1 PROPRIEDADES GERAIS ...103

2.2 PROPRIEDADES ESPECÍFICAS ...105

2.3 PROPRIEDADES FUNCIONAIS ...108

TÓPICO 3 – PROPRIEDADES DA MATÉRIA II ... 115

2 PROPRIEDADES COLIGATIVAS ... 115

2.1 CLASSIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES COLIGATIVAS ...118

UNIDADE 3 – FATORES QUE INFLUENCIAM AS REAÇÕES QUÍMICAS ... 139

TÓPICO 1 – ESPONTANEIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS ... 141

2 ENERGIA ENVOLVIDA NAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS ... 141

2.1 ENTALPIA (H) ...144

3 REAÇÕES ESPONTÂNEAS E NÃO ESPONTÂNEAS ... 148

3.1 ENTROPIA X ESPONTANEIDADE DAS REAÇÕES ...152

3.2 ENERGIA LIVRE DE GIBBS X ESPONTANEIDADE DAS REAÇÕES ...157

TÓPICO 2 – VELOCIDADE DAS REAÇÕES ... 165

2 A IMPORTÂNCIA DE SE CONTROLAR A VELOCIDADE DAS REAÇÕES ... 165

2.1 VELOCIDADE MÉDIA DAS REAÇÕES ...167

3 FATORES QUE ALTERAM A VELOCIDADE DAS REAÇÕES ... 170

3.1 TEORIA DAS COLISÕES ...170

3.2 TEMPERATURA ...173

3.3 SUPERFÍCIE DE CONTATO ...175

3.4 CATALISADOR ...177

3.5 CONCENTRAÇÃO DOS REAGENTES ...178

TÓPICO 3 – EQUILÍBRIO QUÍMICO ... 187

2 CONCEITO DE EQUILÍBRIO QUÍMICO ... 187

2.1 EQUILÍBRIO HOMOGÊNEO E HETEROGÊNEO ...190

2.2 GRAU DE EQUILÍBRIO...191

2.3 CONSTANTE DE EQUILÍBRIO EM FUNÇÃO DA CONCENTRAÇÃO ...192

3 DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO ... 193

3.1 EFEITO DA CONCENTRAÇÃO ...194

3.2 EFEITO DA PRESSÃO ...195

3.3 EFEITO DA TEMPERATURA ...196

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REFERÊNCIAS ... 207

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UNIDADE 1 A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

PLANO DE ESTUDOS

A partir dos estudos desta unidade, você será capaz de:

• identificar os diversos tipos de matéria;

• reconhecer uma transformação química, por meio de evidências perceptí- veis pelos nossos sentidos através de suas propriedades, como: temperatura de fusão, de ebulição, densidade;

• reconhecer as diferenças entre os tipos de misturas e substâncias;

• compreender as diferentes propriedades que podem ser observadas nos materiais;

• identificar o processo adequado para separar misturas e substâncias;

• relacionar as massas existentes em uma transformação química, através das leis de Lavoisier, Proust e Dalton.

Esta unidade está organizada em três tópicos. Em cada um deles você encontrará diversas atividades que o(a) ajudarão na compreensão das informações apresentadas.

TÓPICO 1 – A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES TÓPICO 2 – SUBSTÂNCIAS PURAS X MISTURAS

TÓPICO 3 – CLASSIFICAÇÃO DAS TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS E AS LEIS PONDERAIS

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TÓPICO 1

UNIDADE 1

A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES

1 INTRODUÇÃO

A Química é a ciência que estuda os materiais, sua composição e formas de obtenção, bem como as transformações que sofrem, as energias envolvidas nesses processos e a produção de novos materiais.

Seguindo a reflexão de Greenberg (2009), não é possível falar sobre a história da química sem relacioná-la à história do desenvolvimento da humanidade e vice-versa, pois ambas andam juntas. Para qualquer momento da história que se olhe, a química está presente, seja permitindo avanços nos processos produtivos, proporcionando descobertas para a medicina ou contribuindo para o desenvolvimento de materiais e alternativas que oferecem mais segurança e conforto para a sociedade.

Na literatura são encontrados alguns livros e artigos dedicados à evolução histórica da química, onde são relatadas evidências de que nos primórdios da evolução humana as descobertas eram feitas por acaso, e por isso o conhecimento era acumulado lentamente, perpetuado e transmitido através das gerações.

É provável que uma das primeiras transformações químicas realizadas pelo homem, mesmo intencionalmente, esteja associada ao uso do fogo, utilizado para gerar calor e luz e, posteriormente, no cozimento de alimentos.

A partir desse ponto, o homem primitivo passa a observar as transformações que alguns materiais apresentavam devido à ação do fogo: a madeira se transformava em cinzas, a areia tomava forma de vidro ao ser resfriada e o barro se tornava mais resistente.

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UNIDADE 1 | A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES

FIGURA 1 - DA DESCOBERTA DO FOGO À MANIPULAÇÃO DE METAIS PELA METALURGIA

FONTE: Disponível em: <http://professorwanderby.blogs.sapo.pt/tag/

historia+da+quimica>. Acesso em: 5 jul. 2017.

Dessa forma, com as observações feitas e pela perpetuação do conhecimento de geração em geração, chegou-se às técnicas de metalurgia, as quais foram de suma importância para a evolução do homem. Os metais que eram encontrados naturalmente na natureza, como o ouro e o cobre, estes eram transformados manualmente com uso de ferramentas rudimentares (ossos, marfim, pedras) ou com fogo.

Como um dos exemplos mais antigos de objetos obtidos por esta técnica, tem-se um colar de cobre encontrado no norte do Iraque, datado de 8700 a.C.

(CHASSOT, 1995).

No Quadro 1 é apresentada a divisão da História em períodos relacionados ao desenvolvimento das operações metalúrgicas.

Nome da

Idade Período estimado Conhecimentos e Operações

Cobre 6.000 a.C.

3.000 a.C.a

Início das operações metalúrgicas, utilização de ouro e cobre nativos, uso da prata e das ligas de ouro e prata, obtenção de cobre e chumbo a partir de seus minérios, desenvolvimento das técnicas de fundição.

Bronze 3.000 a.C.

1.200 a.C.a

Isolamento de estanho a partir de seus minérios, preparação de diferentes tipos de bronze e sua utilização na produção de utensílios e espelhos, introdução do fole nas operações de fundição.

Ferro 1.200 a.C.

Início da Era Cristãao

Produção de aço, cunhagem de moedas, uso de amálgamas.

FONTE: Disponível em: <https://acervodigital.unesp.br/bitstream/123456789/40346/6/2ed_qui_

QUADRO 1 - RELAÇÃO DAS “IDADES” OU “ERAS” COM O DESENVOLVIMENTO DE CONHECIMENTOS

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TÓPICO 1 | A MATÉRIA E SUAS TRANSFORMAÇÕES

Em sua busca por compreender a constituição da matéria e como esta era formada e transformada, muitos pensadores, cada um em sua época, deixaram suas marcas e contribuições, que foram fundamentais para o desenvolvimento e compreensão que hoje temos a respeito da matéria e do universo.

No decorrer da História podemos citar alguns desses pensadores e suas contribuições, como:

• EMPÉDOCLES - ano 490 a.C.: apresentou a ideia de que a matéria era constituída por quatro elementos: água, ar, terra e fogo.

• LEÚCIPO e DEMÓCRITO - ano 440 a.C.: fizeram a primeira menção de que a matéria é composta de partículas tão minúsculas que nada menor pode ser imaginado, propondo a primeira ideia de átomo, uma partícula invisível da qual a matéria seria feita. No entanto, essa teoria foi rejeitada pelos filósofos da época.

• ARISTÓTELES - ano 324 a 322 a.C.: enunciou a sua teoria da composição da matéria, considerando que esta era formada por quatro elementos fundamentais, os mesmos propostos por Empédocles: água, ar, terra e fogo.

No entanto, cada um destes elementos, por sua vez, seria formado por duas de quatro qualidades: quente, frio, seco e úmido, e as combinações destas quatro qualidades, duas a duas, dariam origem aos diversos tipos de matéria, onde o fogo seria formado por quente e seco e a terra por seco e frio. Sua teoria foi amplamente aceita pelo mundo ocidental por mais de 100 anos.

• GEBER - ano 750: o alquimista iraniano, reconhecido na história como Geber, obteve, através da técnica de destilação do vinagre, ácido acético quase puro, que até então era o produto ácido mais forte conhecido.

• ALQUIMISTAS CHINESES - ano 1000: descobriram a pólvora de forma acidental, quando, em procura do elixir da longa vida, misturaram enxofre, carvão vegetal e salitre.

• PARACELSO - ano 1500: através de pesquisas, introduziu a Iatroquímica, que se resumia no tratamento de doenças com administração de substâncias químicas como mercúrio, iodo, enxofre e arsênio.

Foi somente no século XVIII, com a afirmação da Química como Ciência Moderna, que a construção do conhecimento passou a ser feita de maneira sistemática, o raciocínio baseado em experimentações e cálculos. A partir dessa realidade, houve um ganho considerável nos avanços e na velocidade com que o conhecimento químico e suas aplicações se fizeram presentes na compreensão da matéria e suas transformações, assim como no desenvolvimento de aplicações práticas que vêm contribuindo para o bem-estar e desenvolvimento da humanidade (CHASSOT, 1995).

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“Felizmente, a Ciência, como a natureza à qual pertence, não é limitada pelo tempo ou pelo espaço. Ela pertence ao mundo, e não a um país ou época. Quanto mais sabemos, mais percebemos nossa ignorância e quanto mais ainda temos por descobrir.

Portanto, o sentimento do herói macedônio (Alexandre, o Grande) nunca pode ser aplicado, pois haverá sempre novos mundos a serem conquistados” (Partington, 1989, p. 178).

NOTA

2 TRANSFORMANDO A MATÉRIA

Caro acadêmico, para iniciarmos nossos estudos sobre a matéria e suas transformações, é importante termos em mente que a maioria dos materiais que utilizamos hoje não é obtida diretamente da natureza, mas por meio de transformações de recursos naturais (atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera), sejam estes renováveis ou não renováveis.

Como citado por Vidotti et al. (2016), entre os materiais que são extraídos da natureza e utilizados atualmente na agropecuária, na construção civil, na indústria e como combustíveis (para transporte, aquecimento, cocção de alimentos e caldeiras industriais), alguns são processados para uso imediato, como o carvão mineral, pedras para revestimento, ferro, cobre, alumínio, enxofre etc. Outros servem como matéria-prima na produção de materiais diversos, por exemplo, a amônia, fertilizantes fosfatados, ácido sulfúrico. Todos esses processos envolvem transformações químicas.

2.1 CONCEITO DE MATÉRIA

O Universo, do modo como o conhecemos, manifesta-se basicamente através de duas formas: matéria ou energia.

Apesar de não ser um conceito facilmente definido, a maioria dos autores concorda que a matéria, dentro dos conceitos da química, é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço, apresentando massa e volume. Isto quer dizer que se observarmos o ambiente que nos rodeia, tudo que podemos tocar, como uma planta, borracha, papel, água, terra e outras que podemos apenas sentir, como o ar que respiramos, se as pesarmos, veremos que todas elas possuem uma quantidade de massa e ocupam um lugar no espaço (volume). Veja alguns exemplos ilustrados na figura a seguir.

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FIGURA 2 - EXEMPLOS DE MATÉRIA QUE ENCONTRAMOS NO AMBIENTE QUE NOS RODEIA

FONTE: A autora

A matéria é constituída normalmente por moléculas, as quais são formadas de átomos, que são definidos como a menor partícula que compõe a matéria. Dessa maneira, ao descobrirmos a composição de um material, objeto ou substância, saberemos identificar quais elementos químicos ou átomos estão presentes em sua formação.

Existem algumas terminologias com definições importantes sobre esse assunto e que não podem ser confundidas com o conceito de matéria, como:

corpo e objeto.

• Corpo: qualquer porção limitada de matéria.

• Objeto: é um corpo trabalhado e que apresenta alguma utilidade para nós, seres humanos.

Vamos usar um exemplo prático, ilustrado na figura a seguir, em que a pepita de ouro é a matéria, a barra de ouro é o corpo e a aliança é o objeto.

FIGURA 3 - DIFERENCIAÇÃO ENTRE MATÉRIA, CORPO E OBJETO

FONTE: Disponível em: <https://goo.gl/oAyde1>. Acesso em: 30 jun. 2017.

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Da mesma forma, não podemos confundir os conceitos de matéria com energia. A matéria já vimos a definição (tudo que ocupa lugar no espaço), já a energia pode ser definida como algo capaz de realizar transformações na matéria, realizar trabalho, ou seja, iluminar, aquecer, resfriar e até mesmo provocar sensações. Existem vários tipos de energia: mecânica, elétrica, solar etc.

(PERUZZO, 2006).

NOTA

Todos os seres vivos, seja planta, bactéria ou ser humano, são feitos de matéria e precisam de energia para que seu organismo funcione.

Como já vimos, a matéria é constituída de massa e volume. A massa representa uma quantidade de matéria e pode ser expressa de diversas maneiras, como: quilograma, grama, miligrama, como pode ser observado na tabela a seguir.

Unidade de Medida Símbolo da Unidade Relação

Quilograma Kg 1 Kg = 1000 g

Grama g 1 g = 1000 mg

Miligrama mg 1 mg = 0,001 g

TABELA 1 - UNIDADES DE MASSA

FONTE: A autora

Da mesma forma que a massa, o volume ocupado pela matéria no espaço também pode ser medido e expresso de maneiras diferentes, como: litro, mililitro, metro cúbico, centímetro cúbico, como pode ser observado na Tabela 2.

Unidade de Medida Símbolo da Unidade Relação

Litro L 1L = 1000 mL

Mililitro mL 1 mL = 0,001 L

Metro cúbico m³ 1m³ = 1000 L

Centímetro cúbico cm³ 1cm³ = 0,001 L

TABELA 2 - UNIDADES DE VOLUME

FONTE: A autora

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3 ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA

Toda matéria que conhecemos e que forma o universo apresenta características próprias, e essas características são classificadas em propriedades para facilitar sua distinção. As propriedades podem ser físicas ou químicas.

Nesta etapa dos nossos estudos, iremos estudar uma das propriedades físicas, conhecida como estados físicos da matéria.

Caro acadêmico, ao observarmos a natureza do nosso planeta, podemos perceber que a matéria se apresenta, à temperatura ambiente, em três estados físicos.

• As rochas da crosta terrestre estão no estado sólido.

• Nos mares, rios e lagos, a água se apresenta no estado líquido.

• E nossa atmosfera está no estado gasoso.

No entanto, com a contínua busca por respostas sobre o universo, muitas descobertas foram feitas e ainda surgirão ao longo dos tempos. Dessa forma, hoje a ciência aceita não três, mas sete estados físicos da matéria. Desses sete estados da matéria, apenas quatro podemos observar na nossa vida diária, os outros três, e provavelmente os próximos que ainda serão descobertos, só existem em ambientes extremos de pressão e temperatura.

NOTA

Como já vimos, a matéria é formada por átomos (partículas) que se atraem mutuamente. E é a intensidade dessas forças de atração entre esses átomos que irá determinar em que estado físico se apresentará a matéria.

Muito bem, vamos então conhecer e entender um pouco o que ocorre nesses sete estados descobertos e aceitos pela ciência. Porém, para os dois últimos descobertos, veremos apenas um breve conceito, já que ainda se sabe pouco acerca deles.

• ESTADO SÓLIDO: Neste estado, a matéria ou substância apresenta formas definidas e seu volume não varia de forma expressiva com variações de temperatura e pressão.

As partículas que constituem o sólido encontram-se ligadas umas às outras por uma força de atração muito grande e de forma organizada, de modo

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FIGURA 4 - REPRESENTAÇÃO VIBRAÇÃO DAS PARTÍCULAS NO ESTADO SÓLIDO

FONTE: Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.

com.br/fisica/mudacas-fases.htm>. Acesso em: 8 ago. 2017.

Caro acadêmico, alguns elementos que se encontram naturalmente na natureza no estado sólido, como carbono, fósforo, oxigênio e enxofre, apresentam uma propriedade bastante interessante, são capazes de formar uma ou mais substâncias, com características físicas diferentes, sem alterar sua composição química. Essa propriedade é chamada de ALOTROPIA.

FIGURA 5 - REPRESENTAÇÃO VIBRAÇÃO DAS PARTÍCULAS NO ESTADO SÓLIDO

FONTE: Disponível em: <http://www.sofazquemsabe.

com/2011/10/solido-liquido-e-gasoso-os-estados-de.

html>. Acesso em: 8 ago. 2017.

Um dos exemplos mais conhecidos são as formas alotrópicas do CARBONO, ilustradas na figura a seguir.

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FIGURA 6 - ESTRUTURA DE TRÊS FORMAS ALOTRÓPICAS DO CARBONO

FONTE: Disponível em: <http://www.crq4.org.br/qv_variedades_alotropicas_carbono>. Acesso em: 30 jun. 2017.

• Grafite: O grafite é um sólido macio e cinzento, com fraco brilho metálico, conduz bem a eletricidade e o calor.

• Diamante: O diamante é sólido duro (o mais duro de todos), tem brilho adamantino, translúcido, não conduz eletricidade nem calor, possui alto valor comercial.

• Fulereno: O fulereno é um sólido duro, é a terceira forma alotrópica mais estável do carbono, após o diamante e o grafite, possui propriedades fotofísicas e eletroquímicas. O fulereno também pode ter aplicações biomédicas, tais como a atividade antiviral, antioxidante, antimicrobiana, transporte de drogas de efeito radioterápico e contrastes para diagnóstico por imagem (FUNDACENTRO, 2017).

• ESTADO LÍQUIDO: As partículas que constituem o estado líquido não estão unidas fortemente como no estado sólido, ou seja, as forças de atração (coesão) são menos intensas, o que permite maior movimento das partículas e menor organização, dessa forma os líquidos se adaptam à forma do recipiente que os contém. Porém, estas forças de atração entre as partículas são suficientemente fortes para que não ocorra variação no volume e as partículas sofram pouca compressão.

FIGURA 7 – ESTADO LÍQUIDO

grafite diamante fulereno (C₆₀)

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Uma característica interessante que os líquidos apresentam é a chamada tensão superficial. Talvez você nunca tenha visto ou ouvido esse termo, mas com certeza já observou esse fenômeno inúmeras vezes no seu dia a dia. Alguma vez você já se perguntou como os insetos podem andar sobre a água? O porquê da forma esférica que as das gotas d´água adquirem, do orvalho nas plantas? Bem, a resposta para essas perguntas é a tensão superficial. Veja alguns exemplos na figura a seguir.

FIGURA 8 - EXEMPLOS DA AÇÃO DA TENSÃO SUPERFICIAL DOS LÍQUIDOS

FONTE: A autora

Vamos entender melhor como esse fenômeno ocorre.

Tensão superficial é um fenômeno que ocorre em todos os líquidos, ela se caracteriza pela formação de uma espécie de membrana elástica em suas extremidades. Vamos usar como exemplo a água, mas o raciocínio é o mesmo para todos os líquidos.

A formação dessa membrana é resultado das ligações de hidrogênio (+) de determinadas moléculas de água, com os oxigênios das moléculas vizinhas (-), estas ligações resultam em forças intermoleculares que mantêm as moléculas de água unidas e em equilíbrio (forças de coesão). Que podem ser vistas na figura a seguir.

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FIGURA 9 - ESTRUTURA MOLECULAR DA ÁGUA

FONTE: Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/ligacao- de-hidrogenio/>. Acesso em: 8 ago. 2017.

No interior do líquido, cada molécula é ‘puxada’ de forma igual em todas as direções pelas moléculas vizinhas. Já as moléculas da superfície não têm moléculas em todos os lados e, portanto, são ‘puxadas’ somente para a parte de dentro do líquido. Isso cria uma certa pressão interna e força as superfícies dos líquidos a se comportarem como membranas elásticas, como podemos ver ilustrado na figura a seguir.

FIGURA 10 - ILUSTRAÇÃO DO FENÔMENO DA TENSÃO SUPERFICIAL

As moléculas da superfície do As moléculas do interior do

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IMPORTANTE

A tensão superficial dos líquidos pode ser quebrada com ação de tensoativos, como sabões e detergentes.

DICAS

No final deste tópico você encontrará uma prática bem interessante que pode ser feita em casa, para observar o efeito da tensão superficial nos líquidos e como essa pode ser quebrada. Confira e divirta-se.

• ESTADO GASOSO: As partículas que constituem o estado gasoso possuem forças de atração muito fracas, predominando as forças de repulsão, por isso apresentam menor densidade que os sólidos e os líquidos. Possuem grande liberdade de movimento, ficando distantes umas das outras e de forma desorganizada.

FIGURA 11 – ESTADO GASOSO

FONTE: Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.

com.br/fisica/mudacas-fases.htm>. Acesso em:

8 ago. 2017.

Não possuem forma, nem volume definidos, quer dizer que assumirão o formato do recipiente e ocuparão todo o espaço fornecido. Sofrem compressão e expansão facilmente, como gás de cozinha, cilindros de oxigênio, ou quando enchemos um pneu e o ar ocupa rapidamente todo o espaço.

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FIGURA 12 - REPRESENTAÇÃO DAS PARTÍCULAS NO ESTADO GASOSO

FONTE: Disponível em: <https://blogdoenem.com.br/

quimica-gases-transformacoes/>. Acesso em: 8 ago. 2017.

• PLASMA: O plasma é formado por um conjunto quente e denso de elétrons e íons positivos, que se formam a partir de choques cada vez mais fortes, resultando na separação dos elétrons, formando uma coleção de íons positivos, elétrons e átomos neutros coexistindo em proporções variadas, como podemos ver na figura a seguir. Esse é o exemplo de estado da matéria que ocorre no interior do Sol e demais estrelas.

FIGURA 13 - CONVERSÃO DO GÁS EM PLASMA

FONTE: Disponível em: <http://agq-old.educacao.ws/index.

php?&ds=1&acao=quimica/ms2&i=9&id=236>. Acesso em: 5 jul. 2017.

Esta mudança de estado acontece quando um gás é submetido a altas temperaturas. A energia necessária para se ionizar esse gás até que ocorra um equilíbrio quantitativo entre elétrons e íons positivos ocorre quando este é submetido a temperaturas de cerca de 5.000 ^oC, estabilizando-se a partir de 55.000

oC. Na figura a seguir podemos observar algumas formas da matéria no estado de plasma. (SILVA et al., 2005).

Núcleo

Gás Plasma

Elétron

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FIGURA 14 - DIFERENTES FORMAS DE EVIDENCIAR A MATÉRIA NO ESTADO DE PLASMA

FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/quimica/plasmaoutro-estado-materia.

htm>. Acesso em: 6 jul. 2017.

Apesar de ser difícil a produção de plasma na Terra, devido à necessidade de compartimentos que resistam a temperaturas altíssimas, pesquisadores acreditam que 99% de toda a matéria existente no Universo esteja sob a forma de plasma (REIS, 2010). No entanto, hoje já é possível obter plasma em temperaturas bem mais baixas que as citadas anteriormente, isso permite que tenhamos na nossa vida diária a presença de alguns dispositivos que funcionam a partir desse estado da matéria, como: lâmpadas fluorescentes, letreiros de néon e televisores de plasma.

Esse feito é possível quando um gás é submetido a altas voltagens, quando isso ocorre os elétrons são separados de seus átomos, e o gás dentro do bulbo se torna um plasma. Quando esses elétrons excitados voltam para seus níveis de energia, emitem fótons com comprimentos de onda dentro do espectro visível, possibilitando que enxerguemos as luzes coloridas (AROEIRA, s.d.).

O plasma, de modo geral, apresenta algumas características específicas:

• Ele é eletricamente neutro, devido ao equilíbrio entre suas partículas (n° de prótons e elétrons é igual).

• O plasma é ótimo condutor elétrico, uma vez que possui grande quantidade de elétrons livres.

• O plasma apresenta-se como ótimo condutor de calor.

• O plasma é fonte de ondas eletromagnéticas. No caso do Sol, o campo eletromagnético é tão intenso que influencia dispositivos como satélites de comunicações e proporciona à Terra fenômenos incríveis, como a aurora boreal (AROEIRA, s.d.).

• CONDENSADO DE BOSE-EINSTEIN: Em 1995, físicos da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos (EUA), concentraram e congelaram um conjunto de dois mil átomos de rubídio a uma temperatura muito próxima ao zero absoluto (-273 graus Celsius).

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Com isso, pela primeira vez construíram uma minúscula porção de matéria cujas partículas se comportam de maneira extremamente organizada, vibrando com a mesma energia e a mesma direção, como se constituíssem um único gigantesco átomo. Esse é o quinto estado da matéria, já havia sido previsto pelo físico alemão Albert Einstein em 1924.

Pelas condições extremas em que a matéria precisa ser submetida, este 5° estado da matéria é pouco conhecido, pois só é possível ser reproduzido e observado em laboratórios preparados para este tipo de experimento, tornando essa realidade distante daqueles que não pertencem ao mundo científico (CRUZ, 2013).

• GÁS FERMIÔNICO: Neste 6° estado da matéria, diferentemente do condensado de Bose-Einstein, as partículas, apesar de estarem a baixíssimas temperaturas, ainda se comportam isoladamente, ou seja, as partículas são solitárias e não se comportam como um condensado perfeito, ainda apresentam comportamentos individuais (REGAL et al., 2004).

• SUPERFLUIDO DE POLARITONS: O 7° estado da matéria foi descoberto por físicos da Universidade de Pittsburgh e dos Laboratórios Bell, nos Estados Unidos. Eles descobriram essa nova forma de matéria, que reúne em um mesmo material características de um supercondutor e de um raio laser. Trata-se de um material sólido preenchido com uma série de partículas de energia conhecidas como polaritons (partículas que se assemelham a fótons, com a diferença de que estes possuem uma pequena massa). Essa nova forma de matéria trouxe consigo a possiblidade de mover energia de um ponto a outro e de gerar um feixe de luz coerente, ou seja, um laser utilizando quantidades muito pequenas de energia (VIVANCO, 2014).

FIGURA 15 – ESCALA KELVIN E CELSIUS PARA O ZERO ABSOLUTO

FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/fisica/zero-absoluto.

htm>. Acesso em: 8 ago. 2017.

(28)

3.1 MUDANÇAS NO ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA

Caro acadêmico, embora tenhamos visto sete estados nos quais a matéria pode se apresentar, para efeitos do nosso estudo sobre mudanças nos estados físicos estaremos tratando apenas dos estados sólido, líquido e gasoso, já que estes três são encontrados naturalmente na natureza e podem ser convertidos uns nos outros, quando variamos sua temperatura e/ou pressão.

NOTA

O estado físico de um material é determinado pela temperatura e pressão em que ele se encontra. Ao alterarmos a temperatura e/ou a pressão de um material, pode-se alterar o seu estado físico.

Vamos observar e entender o diagrama da figura a seguir, que mostra as mudanças de estado físico da matéria, com os nomes específicos que cada uma recebe.

FIGURA 16 - MUDANÇAS DE ESTADO DA MATÉRIA

FONTE: Disponível em: <http://goenem.blogspot.com.br/2016/02/apostila-bernoulli.

html>. Acesso em: 3 jul. 2017.

Pois bem, relembrando que as mudanças de estado físico ocorrem quando alteramos a temperatura e/ou pressão, vamos iniciar falando sobre as temperaturas responsáveis pelas mudanças de estado físico: temperatura de

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• Temperatura do ponto de fusão (T.F.): É a temperatura em que a matéria passa do estado sólido para o estado líquido. Essa temperatura é a mesma para o processo inverso, a solidificação (passagem do estado líquido para sólido).

• Temperatura do ponto de ebulição (T.E.): É a temperatura em que a matéria passa do estado líquido para o estado gasoso. Essa temperatura é a mesma para o processo inverso, a condensação (passagem do estado de vapor para líquido).

As temperaturas de fusão (T.F.) e de ebulição (T.E.) são características de cada matéria/substância, isso quer dizer que o ponto de ebulição da água a 1 atm (pressão correspondente ao nível do mar) sempre ocorrerá à temperatura de 100 °C; assim como seu ponto de fusão a 1 atm se dará à temperatura de 0 °C.

Dessa forma, se soubermos qual a temperatura de fusão e de ebulição de uma substância, saberemos em qual estado físico esta se encontra, seja na temperatura ambiente ou outra qualquer (RAGGAZZI; GUERRA, 2016).

No quadro a seguir podemos observar as temperaturas de Fusão/

Solidificação e Ebulição/Condensação de algumas substâncias a 1 atm.

QUADRO 2 - TEMPERATURAS DE FUSÃO/SOLIDIFICAÇÃO E EBULIÇÃO/

CONDENSAÇÃO DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS A 1 ATM

FONTE: Disponível em: <www.educabras.com/enem/materia/fisica/termologia/

aulas/mudancas_de_estado_fisico>. Acesso em: 3 jul. 2017.

SUBSTÂNCIA

TEMPERATURA DE FUSÃO E SOLIDIFICAÇÃO

(^oC)

TEMPERATURA DE EBULIÇÃO E LIQUEFAÇÃO (^oC)

Água 0 100

Álcool etílico -114 78,3

Éter etílico -116,3 34,6

Alumínio 658,7 2.300

Ferro 1.530 3.050

Cobre 1.083 2.360

Mercúrio -38,9 356,7

Ouro 1.063 2.800

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IMPORTANTE

Nas mudanças de estado físico: fusão, ebulição e sublimação, ocorre uma diminuição das forças atrativas das partículas e das moléculas, pois estas recebem energia (↑ temperatura) do meio. Já nas mudanças de estado físico, solidificação, condensação e ressublimação, a força de atração entre as moléculas e partículas aumenta, pois essas perdem energia para o meio (↓ temperatura) (Raggazzi; GUERRA, 2016).

A mudança de estado físico, Sublimação, ocorre com a passagem da matéria do estado sólido diretamente para o estado gasoso. E a Ressublimação ocorre com a passagem da matéria do estado gasoso diretamente para o estado sólido. Exemplo: o iodo é um sólido que se aquecido passa diretamente para o estado de gás, e assim que é resfriado passa novamente para o estado sólido, se ressublimando. A naftalina, a cânfora e o gelo seco (CO₂) são outros exemplos de substâncias que pertencem a esse grupo. Veja os exemplos na figura a seguir.

FIGURA 17 - EXEMPLOS DE SUBLIMAÇÃO E RESSUBLIMAÇÃO

FONTE: A autora

NOTA

O gelo seco, apesar do nome nos indicar, não é formado por água, mas sim por CO2 (dióxido de carbono) no estado sólido. Para saber mais sobre a forma de obtenção e características do gelo seco, acesse o site: <http://www.infoescola.com/compostos- quimicos/gelo-seco/>. Acesso em: 3 jul. 2017.

Veremos um exemplo de um processo muito interessante, no qual podemos observar vários tipos de transformações no estado da matéria: a produção de café solúvel.

(31)

IMPORTANTE

Como o café solúvel é produzido

Sabe-se que o café solúvel é produto resultante da desidratação do extrato aquoso de café (Coffea arábica e outras espécies do gênero Coffea) torrado e moído. Ele pode se apresentar sob a forma de pó ou grânulos. De acordo com a Resolução CNNPA nº 12, de 1978, da ANVISA, o produto deve respeitar algumas diretrizes para ser comercializado em território nacional. Não são toleradas, por exemplo, quaisquer adições de conservantes ou outros aditivos.

O assunto é tão sério que existe até uma associação que representa esta categoria específica no mercado cafeeiro. A Associação Brasileira da Indústria de Café Solúvel – ABICS –, instituída em 1972, nasceu para defender os interesses das empresas associadas, interagindo com o Estado em todas as suas esferas (municipal, estadual e federal) em busca de definições de políticas que melhor se adéquem às necessidades do setor como um todo e da economia do país em geral.

Já contei as possíveis versões da origem do café solúvel na indústria, mas confesso que nem imaginava como ele é feito. De acordo com a ABICS, existem quatro formas de produzi-lo:

SPRAY DRYING

Utiliza altas temperaturas sob alta pressão para concentrar o extrato aquoso (líquido de café bem concentrado), em gotículas minúsculas. Quando em contato com o ar muito quente, perde a umidade transformando-se em pó.

FREEZE DRYING

Ao contrário do processo anterior, utiliza temperaturas muito baixas para concentrar o extrato aquoso previamente congelado. Utiliza-se o modo mais avançado de desidratação, chamado liofilização. O produto reterá seu aroma devido às baixas temperaturas (- 20 °C). O processo completo inclui: cristalização, granulação e secagem a frio.

AGLOMERADO

Outro tipo de café solúvel produzido pela indústria brasileira é o aglomerado, que é aromatizado pela adição de óleo de café. Ele é seco em torre de secagem, depois é umedecido (não chega a ser dissolvido em água) e, por isso, se aglomera em partículas maiores.

EXTRATO LÍQUIDO

É um extrato de café preparado pela remoção de água por cristalização e é obtido através de métodos físicos.

FONTE: Disponível em: <http://www.mexidodeideias.com.br/barista-e-sommelier/como-o- cafe-soluvel-e-produzido/>. Acesso em: 3 jul. 2017.

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EXPERIMENTO: LEITE PSICODÉLICO

Tensão superficial é a força que existe na superfície dos líquidos, devido às fortes ligações intermoleculares. Esta é uma característica que todos os líquidos apresentam.

Neste experimento poderemos ver como a tensão superficial age, além de observarmos o efeito de um agente tensoativo/surfactante (detergente), que possui o poder de reduzir a tensão superficial dos líquidos. Eles apresentam na mesma molécula grupos polares (hidrofílicos) e grupos apolares (hidrofóbicos).

Materiais e reagentes:

- Prato fundo - Leite

- Corante alimentício (ao menos duas cores diferentes) - Detergente de cozinha

- Palito de dente

Procedimento experimental:

1- Coloque um pouco de leite no fundo do prato, deixe descansar por alguns minutos.

2- Pingue algumas gotas de corantes diferentes no leite, não misture as cores.

3- Pegue um palito de dente e molhe a ponta com um pouco de detergente, caso fique uma gota tirar o excesso.

4- Rapidamente coloque o palito no meio de uma das cores e observe. A cor se abre.

5- Repita o processo para as outras cores e observe.

6- E, por último, você pode brincar com o palito misturando as cores, que formarão uma mistura colorida e divertida.

Resultados e discussão:

Pode-se observar no experimento que as gotas dos corantes não se misturaram ao leite, isso ocorreu devido à tensão superficial, já que ele se comporta como os líquidos que estudamos, onde as moléculas da superfície sofrem uma grande atração entre elas, formando um filme sobre a superfície do líquido.

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Ao se colocar o palito de dente com detergente na ponta ocorre a ruptura da tensão superficial, que ocorre pela presença do tensoativo, e as cores se misturam.

Essa ruptura ocorre porque o detergente rompe as ligações de hidrogênio da superfície do líquido.

FONTE: Disponível em: <http://www2.bioqmed.ufrj.br/ciencia/ExplosaoCores.htm>. Acesso em:

3 jul. 2017.

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Neste tópico, você aprendeu que:

• A história da humanidade retrata a busca pelo conhecimento e domínio da matéria para transformá-la de forma a ser útil para o ser humano.

• Muitas civilizações e grandes pensadores, cada um em sua época, deixaram contribuições inestimáveis para a construção da ciência e dos saberes que hoje permitem à humanidade descobertas e desenvolvimentos tecnológicos, científicos, nos mais variados setores, sejam eles na saúde, tecnologia, genética, produção de alimentos, meio ambiente, entre outros tantos.

• A maioria dos materiais que utilizamos hoje não é obtida diretamente da natureza, mas por meio de transformações de recursos naturais (atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera), sejam estes renováveis ou não renováveis.

• Definição de matéria pela química: é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço, apresentando massa e volume.

• Energia é algo capaz de realizar transformações na matéria. Existem vários tipos de energia: mecânica, elétrica, solar.

• A matéria é constituída normalmente por moléculas, as quais são formadas de átomos, que são definidos como a menor partícula que compõe a matéria.

• A matéria pode se apresentar em sete estados físicos ou de agregações diferentes:

ᵒ Sólido: a matéria ou substância apresenta formas definidas e seu volume não varia de forma expressiva com variações de temperatura e pressão.

ᵒ Líquido: as forças de atração (coesão) entre as partículas são menos intensas, o que permite maior movimento e menor organização, dessa forma os líquidos se adaptam à forma do recipiente que as contém.

ᵒ Gasoso: As partículas que constituem o estado gasoso possuem forças de atração muito fracas, predominando as forças de repulsão, possuem grande liberdade de movimento, ficando distantes umas das outras e de forma desorganizada, não possuem forma nem volume definido.

ᵒ Plasma: Plasma é formado por um conjunto quente e denso de elétrons e íons positivos, que se formam a partir de choques cada vez mais fortes.

ᵒ Condensado de Bose-Einstein: pequena porção de matéria submetida à temperatura de -272 °C, cujas partículas se comportam de maneira extremamente organizada, vibrando com a mesma energia e a mesma direção, como se constituíssem um único gigantesco átomo.

RESUMO DO TÓPICO 1

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ᵒ Gás termiônico: as partículas, apesar de estarem a baixíssimas temperaturas, ainda se comportam isoladamente e apresentam comportamentos individuais.

ᵒ Superfluido de Polarintons: uma forma de matéria que reúne em um mesmo material características de um supercondutor e de um raio laser.

• Tensão superficial é um fenômeno que ocorre em todos os líquidos, ela se caracteriza pela formação de uma espécie de membrana elástica em suas extremidades.

• O estado físico de um material é determinado pela temperatura e pressão em que ele se encontra. Ao alterarmos a temperatura e/ou a pressão de um material, pode-se alterar o seu estado físico.

• Nas mudanças de estado físico (fusão, ebulição e sublimação) ocorre uma diminuição das forças atrativas das partículas e das moléculas, pois estas recebem energia (↑ temperatura) do meio. Já nas mudanças de estado físico, solidificação, condensação e ressublimação, a força de atração entre as moléculas e partículas aumenta, pois essas perdem energia para o meio (↓ temperatura).

(36)

1 Considerando que temperatura de ebulição do isoctano a 1 atm é 99 °C e a temperatura de fusão é –107 °C. Indique o estado físico do isoctano quando este estiver nas seguintes temperaturas a 1 atm:

a) –125 °C:

c) 25 °C:

b) –25 °C:

d) 125 °C:

e) 99 °C:

2 (UESPI) O elemento químico fósforo pode ser encontrado na forma de duas substâncias simples: o fósforo branco, que é usado na produção de bombas de fumaça e cuja inalação provoca necrose dos ossos, e o fósforo vermelho, que é utilizado na fabricação de fósforo de segurança e se encontra na tarja da caixa e não no palito.

Sobre o fósforo, indique a alternativa correta:

a) ( ) Essas duas formas de apresentação do fósforo são chamadas de alotrópicas.

b) ( ) Essas duas formas de apresentação do fósforo são chamadas de isotérmicas.

c) ( ) A diferença entre as duas formas de fósforo reside somente no estado físico.

d) ( ) O fósforo se apresenta na natureza em duas formas, chamadas de isobáricas.

e) ( ) Essas duas formas de apresentação do fósforo são chamadas de isotópicas.

AUTOATIVIDADE

(37)

TÓPICO 2

SUBSTÂNCIAS PURAS X MISTURAS

UNIDADE 1

1 INTRODUÇÃO

Embora os termos substância e mistura sejam amplamente utilizados, e a maioria das pessoas já ouviu ou utilizou algum desses termos, é muito fácil e comum que eles sejam confundidos em relação ao que realmente representam, mas dentro do estudo da química é de suma importância que saibamos diferenciá- los, e é essa a proposta desta etapa.

Neste tópico, iremos aprender diferenciar uma substância de uma mistura através de suas características.

As substâncias são divididas em dois grupos: substâncias simples e compostas, cada uma com características e comportamento específicos. Da mesma forma as misturas são classificadas em dois grupos: misturas homogêneas e heterogêneas.

2 SUBSTÂNCIAS PURAS

Substância Pura: é todo tipo de matéria que apresenta uma composição química constante e propriedades físicas bem definidas, tais como densidade, os pontos de fusão e ebulição. São representadas por fórmulas, normalmente a molecular, que indicam quais são os elementos químicos (átomos) e as quantidades de cada elemento presente em uma molécula da substância. Ex.:

H₂O (água), NaCl (cloreto de sódio)

As substâncias puras podem ser divididas em:

• Substâncias simples: são formadas apenas por um elemento químico, como podemos observar na figura a seguir.

(38)

FIGURA 18 - EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS SIMPLES

FONTE: Usberco e Salvador (2006)

• Substâncias compostas: são formadas por mais de um elemento químico, elas podem ser separadas através de processos como eletrólise (energia elétrica), fotólise (energia luminosa) e pirólise (energia térmica), em sustâncias simples, por exemplo: através da eletrólise da água se obtém os gases oxigênio e hidrogênio. Podemos observar na figura a seguir exemplos de substâncias compostas:

FIGURA 19 - EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS

FONTE: Usberco e Salvador (2006)

2.1 PROPRIEDADES FÍSICAS ESPECÍFICAS DAS SUBSTÂNCIAS

Quanto às propriedades físicas, que são bem definidas, temos a densidade e os pontos de ebulição e fusão. Vejamos cada um deles!

• Densidade: é o termo usado para se relacionar a massa de um material e o volume que o mesmo ocupa, ou seja, a densidade determina a quantidade de matéria que está presente em um determinado volume. A densidade pode ser expressa em Kg/m³ ou g/cm³.

A densidade é uma propriedade específica de cada substância, isto quer dizer que a densidade de uma substância pura é sempre constante a uma dada

gás hélio (He) gás oxigênio (O₂)

gás ozônio (O₃) fósforo (P₄)

gás cianídrico (HCN) água (H₂O)

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TÓPICO 2 | SUBSTÂNCIAS PURAS X MISTURAS

temperatura e pressão. Por isso, é possível identificar uma substância a partir de sua densidade.

Ao observarmos a equação 1, veremos que a massa é inversamente proporcional ao volume, isso significa que quanto menor o volume ocupado por uma determinada massa, maior será a densidade desse material.

Vamos refletir sobre o seguinte exemplo: o que pesa mais, 1 Kg de algodão ou 1 Kg de chumbo? A resposta é que ambos pesam a mesma quantia, no entanto, se imaginarmos o volume que 1 Kg de algodão ocupa e o volume que 1 Kg de chumbo ocupa são muito diferentes, certo? Certo, 1 Kg de chumbo ocupa um volume menor que a mesma massa em algodão, isso quer dizer que sua densidade é maior. Podemos calcular a densidade utilizando a seguinte fórmula:

d = m/v

d= densidade m= massa (g ou Kg) v= (cm³)

No quadro a seguir podemos ver a relação de algumas substâncias e suas densidades específicas.

Substância Densidade (g/cm³)

Água 0,997

Álcool etílico 0,789

Alumínio 2,70

Chumbo 11,30

Diamante 3,5

Leite integral 1,03

Mercúrio 13,06

Glicerina 1,26

Ouro 19,3

Zinco 7,1

Prata 10,5

QUADRO 3 - SUBSTÂNCIAS E SUAS DENSIDADES EM 25 °C A 1ATM

FONTE: Adaptado de Russel (1994)

Vejamos um exemplo: Considerando três amostras, I, II e III de prata, em uma mesma temperatura, vamos calcular os valores das densidades e analisar as respostas de acordo com os dados do quadro a seguir.

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Amostra Massa Prata Volume

I 21 g 2 cm³

II 15,75 g 1,5 cm³

III 105 g 10 cm³

QUADRO 4 - DADOS EXPERIMENTAIS DE AMOSTRAS DE PRATA

FONTE: A autora

Para calcularmos os valores das densidades das amostras de prata, vamos utilizar a equação 1, onde d= m/v, sendo assim, só precisamos substituir a massa e o volume pelos dados das amostras.

Ao calcularmos as densidades de cada amostra, vemos que as densidades são as mesmas, embora o volume e a massa sejam diferentes. Isso comprova que a densidade é uma característica própria das substâncias quando em pressão e temperatura constantes.

• Pontos de Fusão e Ebulição: Os pontos de fusão/ebulição são característicos para cada tipo de substância, assim como a densidade, isto quer dizer que cada substância pura possui sua temperatura ou pontos de fusão/ebulição específicos. E durante as mudanças de estado físico (sólido, líquido, gasoso), sua temperatura é constante. Vamos entender isso melhor observando e analisando o gráfico 1.

Considerando que o gráfico representa uma amostra de água (substância pura), em processo de aquecimento, vamos fazer algumas observações sobre as mudanças ocorridas:

• Inicialmente, a água está no estado sólido a uma temperatura abaixo de 0 °C, com o aquecimento em um determinado espaço de tempo (t₁) essa água chega a 0 °C, temperatura de fusão da água (1 atm).

• Durante a mudança de estado físico (sólido para líquido), do t₁ ao t₂, podemos observar que a temperatura se manteve constante. Isso quer dizer que até que todo o sólido (gelo) seja transformado em líquido, a temperatura se mantém constante.

• Entre t₂ e t₃ podemos observar que toda a água está em seu estado líquido, e que nesse intervalo ocorre novamente o aumento da temperatura, até que esta alcance a temperatura de ebulição da água (100 °C a 1atm).

• Novamente, entre t₃ e t₄, observamos a mudança de estado físico, a água passa do estado líquido para o de vapor, e a temperatura se mantém constante até que toda a água líquida passe para o estado de vapor. Novamente constatamos

Amostra I Amostra II Amostra III

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• A partir da total passagem da água para o estado de vapor, a temperatura volta a subir.

GRÁFICO 1 - MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO DE UMA SUBSTÂNCIA PURA

FONTE: Santos e Mól (2013) te = 100 oC

tf = 0 oC Temperatura (oC)

gelo + água água + vapor

gelo

água

vapor–d' água

Início da fusão (0 oC) Gelo sendo aquecido.Temperatura crescente. Fusão.Temperatura constante. Água sendo aquecida.Temperatura crescente. Ebulição.Temperatura constante. Vapor sendo aquecido.Temperatura crescente. Fim da fusão (0 oC) Início da ebulição (100 oC) Fim da ebulição (100 oC) Curva de aquecimento da água

Tempo (min)

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3 MISTURAS

Mistura: é constituída de duas ou mais substâncias, apresenta uma composição química variada que não pode ser expressa por fórmulas. Suas propriedades físicas, como densidade, pontos de fusão e ebulição, não são definidas mesmo sob pressão e temperatura constantes (USBERCO, 2006).

As propriedades físicas das misturas variam de acordo com a composição e proporção das substâncias que as compõem. Na natureza, a maioria dos materiais é encontrada na forma de misturas e não de substâncias.

Exemplos de algumas misturas importantes e sua composição:

• Água do mar (água, cloreto de sódio, sulfato de cálcio e outros sais).

• Ar (78% de gás nitrogênio, 20% de gás oxigênio, 1% de gás argônio, 1% de outros gases, em volume).

• Petróleo (várias substâncias, como metano, etano, eteno, propano, butano, pentano, hexano, isoctano, em porcentagens variadas).

• Água da chuva (água, nitratos, sulfatos, cloretos e várias outras substâncias).

• Aço (98,5% de ferro e 1,5% de carbono em massa).

• Vinagre (água, ácido acético).

• Álcool hidratado (etanol 96% e água 4%).

• Ouro 18 quilates (75% ouro, 12,5% cobre e 12,5% de prata).

IMPORTANTE

Nas misturas, as características individuais das substâncias presentes não se alteram, porque em uma mistura não ocorrem reações químicas entre as substâncias.

As misturas podem ser classificadas como:

• Misturas homogêneas: são formadas por apenas uma fase. Não se consegue diferenciar as substâncias que estão presentes. Um sistema monofásico (1 fase) representa uma mistura homogênea.

(43)

FIGURA 20 - MISTURA HOMOGÊNEA, FORMADA POR ÁGUA +AÇÚCAR

FONTE: Disponível em: <https://pt.slideshare.net/

AugustoSrgioCostaSouza/01-substncias-e-misturas>. Acesso em: 8 ago. 2017.

Exemplo: água + sal; água + álcool etílico; ar atmosférico; água + açúcar, conforme figura anterior.

As misturas homogêneas são constituídas por um solvente e um ou mais solutos. O solvente é a parte majoritária, dissolve o soluto, normalmente é um líquido. O soluto está presente em menor quantidade e é dissolvido pelo solvente, normalmente é um sólido.

Exemplo:

Água + Sal + Açúcar

Soluto Açúcar

Sal Solvente Água

IMPORTANTE

As misturas homogêneas são chamadas também de soluções.

• Misturas heterogêneas: são formadas por duas ou mais fases. As substâncias presentes podem ser identificadas a olho nu ou por microscópio. Misturas heterogêneas representam um sistema polifásico (USBERCO, 2006).

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FIGURA 21 – MISTURA HETEROGÊNEA, SISTEMA TRIFÁSICO

FONTE: Disponível em: <http://cursodeteologiasistematica.

blogspot.com.br/2017/02/misturas-homogeneas-e- heterogeneas.html>. Acesso em: 8 ago. 2017.

Exemplo: água + gasolina; água + óleo + areia (figura anterior); granito (quartzo + feldspato + mica), água + barro; tinta, sangue.

Existem sistemas heterogêneos formados por uma única substância, a qual se apresenta em diferentes estados físicos. Um exemplo desse sistema é um copo de água com gelo.

FIGURA 22 - COPO DE ÁGUA COM GELO

FONTE: Disponível em: <https://pt.dreamstime.com/

imagem-de-stock-copo-com-%C3%A1gua- de-gelo-com-trajeto-de-grampeamento- image28430681>. Acesso em: 8 ago. 2017.

3.1 SEPARAÇÃO DE MISTURAS

Uma mistura pode ser separada em seus componentes ou substâncias.

Existem várias técnicas para se realizar essas separações, e elas são escolhidas de acordo com as características da mistura e seus componentes, como estado físico, número de fases e propriedades das substâncias presentes.

Alguns dos métodos mais utilizados para separação de misturas são:

Separação de Sólidos

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• Catação: tipo de separação em que as substâncias são separadas manualmente ou com auxílio de pinça ou outro objeto. Exemplo: separar feijões das impurezas.

• Ventilação: separação de dois sólidos com densidades diferentes utilizando- se jato de ar sobre a mistura. Exemplo: separação das cascas de amendoim torrado e outros cereais.

• Levigação: separação de dois sólidos com densidades diferentes utilizando água corrente, o sólido mais denso fica retido no recipiente. Exemplo: usado por garimpeiros para separar ouro (mais denso) da areia (menos densa).

• Peneiração: separação de sólidos de tamanhos diferentes, normalmente com uso de peneiras, em que as partículas maiores ficam retidas na peneira.

Exemplo: usada na construção civil para separar a areia das pedrinhas.

• Separação Magnética: utilizada quando um dos componentes da mistura possui características magnéticas e pode ser separado utilizando-se um ímã.

Exemplo: mistura de limalha de ferro/enxofre ou areia/ferro.

• Dissolução: consiste em dissolver a mistura em um solvente com densidade intermediária entre as densidades dos componentes da mistura. Exemplo:

separar serragem da areia, adicionando água à mistura, fazendo com que a areia fique no fundo do recipiente e a serragem flutue sobre a água.

Na figura a seguir podemos observar imagens dos exemplos citado acima.

FIGURA 23 - ALGUNS EXEMPLOS DE MÉTODOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS: CATAÇÃO, VENTILAÇÃO, LEVIGAÇÃO, PENEIRAÇÃO E SEPARAÇÃO MAGNÉTICA

FONTE: Disponível em: <http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/separacao-misturas.

htm>. Acesso em: 25 jun. 2017.

(46)

Separação de Sólido/Líquido ou Líquido/Líquido

• Sedimentação: consiste em deixar uma mistura em repouso até que o sólido se deposite no fundo do recipiente. Exemplo: água e areia.

• Centrifugação: é o processo de aceleração da sedimentação. Utiliza-se um aparelho chamado centrífuga ou centrifugador, que pode ser elétrico ou manual. Exemplo: separar os constituintes do sangue.

• Decantação: consiste em separar as substâncias de uma mistura pela diferença de densidade, utilizado para separar principalmente misturas líquido-líquido.

Pode-se utilizar um funil de decantação para se separar as partes da mistura, onde a substância mais densa fica depositada na parte inferior do funil, podendo ser facilmente removida. Exemplo: água e óleo.

FIGURA 24 - FUNIL DE SEPARAÇÃO COM UMA MISTURA BIFÁSICA

FONTE: Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/

quimica/vidrarias-laboratorio.htm>. Acesso em: 8 ago. 2017.

• Filtração: processo utilizado para separar partículas sólidas presentes em um líquido ou gás. Neste processo utilizam-se filtros porosos para reter as partículas sólidas. Exemplo: filtro de aspirador de pó, filtro de café.

• Evaporação: consiste em evaporar o líquido de uma mistura líquido-sólido com pontos de ebulição distintos. Exemplo: usado para se obter sal a partir da água do mar.

Transformações Químicas. Profª. Carla Simone Grassmann