Substâncias e misturas conceito, diferenciação através de suas propriedades. alotropia.

Ciências da Natureza e suas
Tecnologias – Química
Ensino Médio – 1ª Série
SUBSTÂNCIAS PURAS, SUBSTÂNCIAS SIMPLES, MISTURAS:
CONCEITO, DIFERENCIAÇÃO ATRAVÉS DE SUAS
PROPRIEDADES. ALOTROPIA

Substâncias Químicas
• Átomos ligados entre si são
chamados de moléculas, e
representam substâncias químicas.
• Cada molécula é identificada por
uma fórmula química, por exemplo,
a água é representada por H2O, que
indica que sua composição é de
dois átomos do elemento
hidrogênio e um átomo do
elemento oxigênio (1).
Imagem:Copocomágua/Olli
Niemitalo/publicdomain
Imagem: Jecowa / Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.5 Generic

Substância simples e substância
composta – qual a diferença?
• O gás hélio, o gás
oxigênio, o gás
ozônio e o sólido
fósforo são
substâncias formadas
por um só tipo de
elemento químico,
por isso chamam-se
substância simples.
Imagem:SEE-PE,redesenhadoapartirdeilustraçãode
AutorDesconhecido.

Substância simples e substância
composta – Qual a diferença?
• A água é uma substância
formada por dois tipos de
elementos químicos e, por essa
razão, é chamada substância
composta.
Imagem:DerekJensen/publicdomain

Substâncias
• As substâncias apresentam um conjunto bem definido
e constante de propriedades, e têm composição fixa.
• Propriedades que são usadas para identificar uma
substância:
– densidade;
– solubilidade;
– ponto de fusão;
– ponto de ebulição. Imagem: Recipientes químicos com líquidos de diferentes cores /
zhouxuan12345678 /
Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic

Propriedades: densidade
• Corresponde à relação
massa/volume de uma amostra
de um material.
• É uma propriedade
característica de uma
substância, usada como
indicativo do grau de pureza de
que é feito um dado material.
• É indicada por: d ou ρ (rô) e a
unidade usual é g/cm3 (2).
Imagem: Zarko Drincic / Creative Commons
SemDerivados 2.0 Genérica
Densidade (p) = massa
volume

Propriedades: solubilidade
• A solubilização é um
fenômeno regido pelas
interações intermoleculares
entre as moléculas do soluto
(o que é dissolvido) e as
moléculas do solvente (o que
dissolve) (3).
Imagem:SEE-PE,redesenhadoapartirdeilustraçãodeAutorDesconhecido.

Propriedades: ponto de ebulição
• É a temperatura na qual um líquido
vence a pressão atmosférica, passando
para o estado gasoso. Quanto maior a
altitude, menor é a pressão atmosférica,
e menor é o ponto de ebulição (4).
• Existe uma relação importante entre as
interações intermoleculares e o ponto de
ebulição, pois, quanto maior for a
interação entre as moléculas de um
líquido, maior será seu ponto de
ebulição.
Imagem: Água fervendo / Markus
Schweiss / GNU Free
Documentation License,
Version 1.2 or any later version

Propriedades: ponto de fusão
• O ponto de fusão é a temperatura
na qual uma substância passa do
estado sólido ao estado líquido.
• No ponto de fusão coexistem
sólido e líquido em equilíbrio.
Imagem: Cubos de gelo / Kevin Saff / Creative
Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic

Misturas
• Quando uma substância é adicionada à outra,
forma-se então uma mistura.
Mistura homogênea Mistura heterogênea
Imagem:Egien/Creative
CommonsAtribuição2.5Genérica
Imagem:Sorvetedemorango/Gudlyf/Creative
CommonsAtribuição2.0Genérica

Alotropia
• Um mesmo elemento químico é capaz de formar
várias substâncias simples com características
estruturais e propriedades diferentes (5).
Carbono Imagem:Zimbres/CreativeCommons
Attribution-ShareAlike2.0Brazil
Imagem:SteveJurvetson/
CreativeCommons
atribuição2.0genérica

Alotropia do Oxigênio
• O O2 (gás oxigênio) e O3 (gás ozônio) são formas
alotrópicas do elemento oxigênio.
• O O2 (oxigênio) é incolor, inodoro, possui grande
estabilidade e está presente no ar que respiramos.
• O O3 (ozônio) é instável (pode assumir outras formas), de
coloração azul e cheiro desagradável.

Alotropia do Oxigênio
• O O3 - gás presente na camada de
ozônio - é o responsável por nos
proteger da radiação ultravioleta.
• Por possuir propriedade germicida,
também é usado em purificadores
para a obtenção de água potável.
Imagem:Benjah-bmm27/DomínioPúblico.

Alotropia do Fósforo
• Diversas são as variedades
alotrópicas do Fósforo e as
principais são o fósforo branco, o
vermelho e o preto.
• O fósforo comum (branco) tem a
aparência de um sólido branco e,
no estado puro, torna-se incolor.
• A molécula tem 4 átomos (P4), e é
insolúvel em água.
• Em contato com o ar, o Fósforo
queima espontaneamente,
produzindo o pentóxido. Imagem: Fogos de artifício / El coleccionista de instantes /
Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica

Alotropia do fósforo
• O fósforo vermelho não queima
espontaneamente e não é tão
perigoso quanto a variedade
branca.
• Seu manuseio, entretanto,
exige cuidado, pois ele emite
fumaças tóxicas de óxidos
quando aquecido (6).
Imagem: Dnn87_GNU Free documentation License

Alotropia do Enxofre
• O enxofre elementar é um sólido amarelo, insípido, quase
inodoro e insolúvel (7).
• Seus alótropos mais comuns - enxofre monoclínico e enxofre
rômbico - têm formas cristalinas.
• O enxofre é comumente encontrado nos arredores de
vulcões ativos. Imagem:Amostradeenxofre/BenMills/
domíniopúblico
Imagem:Cristaisdeenxofre/RobLavinsky/
CreativeCommonsAtribuição-Partilha
nosTermosdaMesmaLicença
3.0Unported

Alótropos do Carbono: importância
Faz parte da composição de:
• Proteínas;
• Ar atmosférico;
• Seres vivos;
• Petróleo.
Imagem:Plataformadepetróleo/
AgênciaBrasil/Creative
CommonsAtribuição3.0Brasil
Imagem:Stahlkocher/GNUFree
DocumentationLicense

Alotropia do Carbono
São conhecidas 5 formas alotrópicas principais:
NANOTUBO
GRAFITE DIAMANTE
FULERENO
Imagens:(a),(b)e(c)Mstroeck/CreativeCommonsAttribution-ShareAlike3.0Unporte,(d)
Zimbres/CreativeCommonsAttribution-ShareAlike2.0Brazile(e)SteveJurvetson/Creative
Commonsatribuição2.0genérica.
AMORFO

Carbono Amorfo
• É mais conhecido como
fuligem e faz parte da
composição do carvão
mineral.
• É resultado da combustão
incompleta de
hidrocarbonetos.
• Aplica-se na indústria da
borracha e de tintas para
impressão.
Imagem: EPA / USA Public Domain

Carbono Amorfo: Coque
• O coque é obtido pela
carbonização do carvão a
altas temperaturas, na
ausência do ar ou através da
destilação de óleos minerais
pesados. É usado na
metalúrgica do ferro e de
outros metais.
Imagem: Marcus Vegas / Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.0

Carbono Grafite
• Substância preta e macia,
geralmente encontrada misturada
com mica, quartzo e silicatos;
• Praticamente a mesma quantidade
de grafite minerada também pode
ser obtida artificialmente;
Imagem: Juliancolton / Public Domain

Carbono Grafite: aplicação
• Como lubrificante, especialmente
em altas temperaturas, já que
resiste a mais de 3.000°C antes de
começar a fundir.
• Na indústria do aço, é usado como
eletrodo para fornos elétricos
porque conduz corrente elétrica
suficiente para fundir metais.
• Como moderador nos reatores nucleares a gás,
diminuindo a velocidade dos nêutrons.
• Em lonas de freios e escovas para motores elétricos.
Imagem: Lanzi / GNU Free Documentation
License

Carbono Diamante
• Substância mais dura da
natureza, risca qualquer outra
substância.
• A dureza do diamante resulta de
sua estrutura cristalina na qual
cada átomo de carbono está
ligado covalentemente a quatro
outros, em formato tetraédrico
(8).
• O diamante é empregado
comercialmente para a produção
de jóias.
Imagem: Mario Sarto / GNU Free Documentation
License

Diamante: aplicações
• Aproveitando sua dureza, o
diamante é aproveitado
industrialmente na fabricação de
brocas ou abrasivos para corte e
polimento.
• Pode ser usado para cortar,
tornear e furar alumina, quartzo,
vidro e artigos cerâmicos.
• O pó de diamante é usado para
polir aços e outras ligas.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
ilustração de Autor Desconhecido.

Carbono Fulereno
• Estrutura oca com 60 átomos de
carbono, lembra uma bola de futebol,
constituída de 20 hexágonos e 12
pentágonos arranjados (9).
• Atualmente, a nanotecnologia tem
auxiliado as pesquisas e a obtenção
dessas moléculas.
• Em uso biomédico, fármacos ativos
podem ser ligados à molécula de C60
para, após introduzidos no corpo
humano, serem lentamente libertados
(10).
Imagem:Mstroeck/Creative
CommonsAttribution-Share
Alike3.0Unporte.

Fulereno: aplicação
• Em líquidos, por suas propriedades
lubrificantes.
• Em revestimento de bolas de boliche,
devido à sua baixa compressibilidade,
o que as torna mais resistentes (já
comercializadas no Japão).
• Em Tacos de golfe de Titânio - C60.
• Em painéis solares, dada a sua grande
facilidade em capturar elétrons.
Imagem: Painel solar / David.Monniaux
/ GNU Free Documentation License

Nanotubos de Carbono
• Foram descobertos em 1991 por
S. Iijima.
• Apresenta forma de uma folha de
grafite enrolada na forma de um
cilindro, com diâmetro da ordem
de 1 nm e comprimento da
ordem de micrômetros.
• Têm atraído grande interesse por suas fantásticas
propriedades eletrônicas e mecânicas. Já se
demonstrou a possibilidade de usar arranjos de
nanotubos de carbono como nanomotores (11).
CommonsAttribution-ShareAlike3.0
Unporte.

Nanotubos de Carbono
• Apresentam ainda
extraordinárias
propriedades, pois
possuem a maior
resistência à ruptura sob
tração já conhecida, na
ordem de 200 Gpa; 100
vezes superior ao mais
resistente aço com apenas
1/6 de sua densidade (12).
Unporte.

Nanotubos: aplicação
• Pontas de prova em
microscópios de força
atômica, para obter imagens
de sistemas biológicos com
alta resolução.
• Condutores em
microcircuitos.
• Fibras para os mais diversos
usos, uma vez que são mais
leves e mais resistentes do
que as fibras de carbono
tradicionais.
Unporte.

Nanotubos: aplicação
• Fabricação de materiais
para absorção de gases, já
que conseguem absorver
uma grande quantidade de
hidrogênio.
• Na indústria da construção,
a UFMG promove grande
inovação, pois desenvolve
um “superconcreto” com
nanotubos de carbono.
Unporte.

Nanotubos na medicina
• Uma micrografia de
fluorescência mostra
células cancerígenas de
ovário de um hamster
ligadas a nanotubos de
carbono (13).
• No desenvolvimento de
músculos artificiais e
carreadores de drogas.
Imagem: Spitfire ch, Philippsen Lab, Biozentrum Basel /
Micrografia de Fluorescência / Public Domain.

• O grafeno é um material
encontrado na grafite e em
outros compostos de
carbono.
• Bastante abundante e de
estrutura estável e
resistente, ele pode ser a
chave para a produção de
transistores de apenas
0,01 micrometro, indo
além do limite teórico de
0,02 micrometros.
Novidade !
Nobel da Física de 2010 ao
cientista russo-britânico
Konstantin Novoselov.
Imagem:Jynto/CreativeCommonsCC0
1.0UniversalPublicDomainDedication.

Novidade !
• Os transistores de grafeno possuiriam
apenas dois ou três átomos de
espessura e poucas dezenas de átomos
de comprimento, aproximando-se dos
limites físicos da matéria.
• Uso: em teoria, na construção de um
processador, ou até mesmo um circuito
integrado que poderia chegar a mais de
500 GHz.
• Esses materiais têm sido apontados
como possíveis sucessores do silício na
nova era da nanoeletrônica (14).
Imagem: Jynto / Creative Commons CC0
1.0 Universal Public Domain Dedication.

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do
Acesso
2 Copo com água / Olli Niemitalo / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Drinki
ng_glass_fingerprint_FTIR.jpg?uselang=pt-br
07/03/2012
2 Jecowa / Creative Commons Attribution-Share
Alike 2.5 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:H2o_
hq2_alpha.png
07/03/2012
3 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de
Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE 16/03/2012
4 Derek Jensen / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass-
of-water.jpg
07/03/2012
5 Recipientes químicos com líquidos de
diferentes cores / zhouxuan12345678 /
Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0
Generic
http://www.flickr.com/photos/53921113@N02
/5645102295/
07/03/2012
6 Zarko Drincic / Creative Commons
SemDerivados 2.0 Genérica
http://www.flickr.com/photos/9136641@N07/
2117512295/
07/03/2012
Autor Desconhecido.
8 Água fervendo / Markus Schweiss / GNU Free
Documentation License, Version 1.2 or any later
version
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Koche
ndes_wasser02.jpg
08/03/2012
9 Cubos de gelo / Kevin Saff / Creative Commons
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/242928199/
09/03/2012
Tabela de Imagens

Acesso
10 Egien / Creative Commons Atribuição 2.5
Genérica
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coffe
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09/03/2012
10 Sorvete de morango / Gudlyf / Creative
Commons Atribuição 2.0 Genérica
/4658225108/
09/03/2012
13 Benjah-bmm27 / Domínio Público. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozon
e-montage.png?uselang=pt-br
14/03/2012
14 Fogos de artifício / El coleccionista de instantes
/ Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica
/5041629649/
09/03/2012
16 Amostra de enxofre / Ben Mills / domínio
público
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09/03/2012
16 Cristais de enxofre / Rob Lavinsky / Creative
Commons Atribuição-Partilha nos Termos da
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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulfur
-es67b.jpg?uselang=pt-br
09/03/2012
17 Stahlkocher / GNU Free Documentation
License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gelse
nkirchen_Kraftwerk_Scholven.jpg?uselang=pt-
br
09/03/2012
17 Plataforma de petróleo / Agência Brasil /
Creative Commons Atribuição 3.0 Brasil
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oil_pl
atform_P-51_(Brazil).jpg
09/03/2012
18a (a) Mstroeck / Creative Commons Attribution-
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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight
_Allotropes_of_Carbon.png
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18b (b)Mstroeck / Creative Commons Attribution-
15/03/2012
Tabela de Imagens

Acesso
18c (c) Mstroeck / Creative Commons Attribution-
15/03/2012
18d (d) Steve Jurvetson / Creative Commons
atribuição 2.0 genérica
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N01/156830367/
09/03/2012
18e (e) Zimbres / Creative Commons Attribution-
Share Alike 2.0 Brazil
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taEZ.jpg
09/03/2012
19 EPA / USA Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diese
l-smoke.jpg
09/03/2012
20 Marcus Vegas / Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.0
0/709967957/
09/03/2012
21 Juliancolton / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Close
up_of_pencil_graphite.JPG
09/03/2012
22 Lanzi / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Grap
hite_mineral_aggregate.jpg?uselang=pt-br
09/03/2012
23 Mario Sarto / GNU Free Documentation
License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brilla
nten.jpg
09/03/2012
Autor Desconhecido.
26 Painel solar / David.Monniaux / GNU Free
Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mafa
te_Marla_solar_panel_dsc00633.jpg
09/03/2012
Tabela de Imagens

Acesso
27 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon
_nanoribbon_povray.PNG
09/03/2012
09/03/2012
09/03/2012
09/03/2012
31 Spitfire ch, Philippsen Lab, Biozentrum Basel /
Micrografia de Fluorescência / Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:S_cere
visiae_septins.jpg
15/03/2012
32 Imagem: Jynto / Creative Commons CC0 1.0
Universal Public Domain Dedication.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graph
ene-3D-balls.png
15/03/2012
33 Imagem: Jynto / Creative Commons CC0 1.0
Universal Public Domain Dedication.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graph
ene-3D-balls.png
15/03/2012
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