O documento resume os principais conceitos fundamentais da química, incluindo: 1) a definição de química como o estudo da composição e propriedades da matéria; 2) as estruturas básicas da matéria como átomos e moléculas; 3) os diferentes estados físicos da matéria e as transformações entre eles; 4) a distinção entre propriedades intensivas e extensivas.
2. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Química: é o estudo da composição e das propriedades
da matéria, que inclui todas as substâncias químicas que
compõem as coisas tangíveis.
Estrutura básica da matéria
Forças que determinam as propriedades que observamos
Método científico: processo cíclico no qual obtemos e
acumulamos informação sobre a natureza, formulamos
explicações para o que nós observamos e, então,
testamos as explicações com novas experiências.
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Criação de novos materiais
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3. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Fatos empíricos (observações / dados).
Leis científicas baseadas nos resultados de muitas
experiências.
Hipótese (tentativa de explicação).
Teoria (explicação testada, embora nunca seja provada
de forma absoluta).
Todas as substâncias são compostas por partículas
menores (átomos);
Os átomos individuais combinam-se de diversas
maneiras para formar partículas mais complexas
(moléculas). 3
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4. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Exemplo: C e H
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Metano Butano Benzeno
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5. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Matéria: é qualquer coisa que ocupe espaço e tenha
massa.
Obs: Massa Peso
Massa é a quantidade de matéria que existe em um
objeto. A massa fornece uma indicação da
quantidade de movimento de um objeto ou da
resistência que ele oferece a uma mudança de
movimento.
Peso = é a força que atua sobre um objeto quando
ele está em um campo gravitacional.
Reação química: são transformações que alteram a
composição química das substâncias.
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6. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Exemplo: Reação de decomposição
2 NaCl (s) 2 Na (s) + Cl2 (g)
Substâncias que não podem ser decompostas em outras
mais simples através de reações químicas – elementos.
Os elementos são representados por símbolos,
encontram-se na Tabela Periódica (90 existentes na
Natureza e 27 artificiais).
Exemplos: Hg, Fe, He, K, Na, F,... 6
Sólido metálico, branco-prateado
Gás verde-pálido
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7. Composto: substância formada de dois ou mais elementos diferentes,
na qual esses elementos estão sempre combinados na mesma
proporção fixa (isto é, constante) de massas.
Exemplos: H2O, NaOH, CaCO3
Substância pura: elementos, substâncias simples e compostos (a
composição sempre é a mesma independentemente da sua fonte);
Misturas: misturas de elementos ou de substâncias
Homogêneas: tem as mesmas propriedades em qualquer ponto da
mistura (ligas – s/s, soluções – s/l, l/l, ou misturas gasosas).
Heterogêneas: consiste de duas ou mais regiões que têm as
propriedades diferentes (fases).
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UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
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8. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Transformação física: não há formação de novas
substâncias químicas.
Exemplos: processo de criação de uma mistura
(mistura de Fe(s) e S(s)), dissolução de açúcar em
água, evaporação de um líquido,...
Transformação química: é uma reação química. A
composição química das substâncias envolvidas é
alterada.
Exemplo: Fe (s) + S (s) FeS (s)
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10. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Curva de aquecimento: um levantamento de dados muito útil na química é a
chamada curva de aquecimento. Pega-se uma amostra no estado sólido a uma
determinada temperatura e submete-se a mesma a um aquecimento constante. A
amostra sólida vai aquecendo até que começa a fundir. Transformada em líquido
continua aquecendo até entrar em ebulição. Mesmo depois de transformada em
gás, pode continuar sendo aquecida. Tomando nota das temperaturas de tempos
em tempos, podemos construir o seguinte gráfico:
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Substância pura
Mistura
Mistura azeotrópica (PE constante; ex: 4% água / 96%
álcool)
Mistura eutética (PF constante; ex: 37% Pb / 63% Sn)
Mistura simples
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11. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Propriedades
(características) dos
materiais: são usadas
para distinguir uma
espécie da outra
Propriedade física: a
composição química do
objeto de estudo não
muda no ato da
observação
Cor, ponto de fusão,
ponto de ebulição,...
Propriedade química:
descreve uma
transformação química
(uma reação química)
que uma substância
sofre
Resistência à ácidos,
resistência ao oxigênio,
degradação,...
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12. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Estados físicos mais comuns da matéria
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Sólido Líquido Gás
fusão vaporização
solidificação condensação
sublimação
sublimação
Processo endotérmico
Processo exotérmico
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13. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
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Em física, termodinâmica, química, físico-química e
física da matéria condensada, um ponto crítico,
também chamado de estado crítico, é uma
condição específica de temperatura e pressão acima
da qual não se pode mais diferenciar as fases da
matéria.
Em Física, o ponto triplo de uma
substância é a temperatura e a pressão
nas quais os três estados da matéria
(sólido, líquido e gasoso) coexistem em
equilíbrio termodinâmico. O ponto triplo a
temperatura da água é exatamente
273,16 kelvin (0,01 °C) e a pressão é
611,73 pascal (cerca de 4,59 mmHg).
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14. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
O ponto de ebulição ou temperatura de ebulição é a temperatura em que
uma substância passa do estado líquido ao estado gasoso.
No ponto de ebulição, a pressão do vapor saturado de um líquido é igual à
pressão ambiente (do sistema), a qual pode ser considerada a pressão
atmosférica (760 mmHg), caso o sistema esteja comunicante com a atmosfera
terrestre e ao nível do mar. Neste último caso, deve-se levar em conta que o
ponto de ebulição varia com a altitude, já que a pressão atmosférica varia com a
mesma.
Quanto mais baixa for a pressão do sistema, menor será o ponto de ebulição e
vice-versa. O ponto de ebulição da água em condições de atmosfera padrão é
de 100C. Vale citar, como exemplo que, a água, em pressões muito baixas,
ferve à temperaturas bem inferiores à 100C.
De acordo com a definição IUPAC, ponto de ebulição é a temperatura na qual a
pressão de líquido iguala-se a pressão atmosférica.
No princípio do funcionamento de uma panela de pressão, há o aumento da
pressão atmosférica dentro da panela e isso faz com que o seu ponto de
ebulição seja maior, podendo atingir temperaturas de até 120°C da água e haja
um cozimento mais rápido do alimento.
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15. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Em Física, o plasma é denominado o quarto estado da matéria. Difere-se dos sólidos,
líquidos e gasosos por ser um gás ionizado, constituídos por átomos ionizados e
elétrons em uma distribuição quase-neutra (concentrações de íons positivos e
negativos praticamente iguais) que possuem comportamento coletivo. A pequena
diferença de cargas torna o plasma eletricamente condutível, fazendo com que ele
tenha uma forte resposta a campos eletromagnéticos.
Esta mudança de estado físico acontece da seguinte forma: ao transferirmos energia
em nível atômico (calor, por exemplo) a um corpo de massa sólida, este aumenta sua
temperatura até o ponto de fusão, tornando sua massa líquida; se transferirmos ainda
mais energia, este atingirá a temperatura de ebulição e sua massa tornar-se-á
gasosa, ainda se aumentarmos a energia transferida ao gás a altíssimas
temperaturas, obteremos o plasma.
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Lâmpadas de plasma: são essencialmente constituídas por uma esfera de vidro
com um gás a baixa pressão e por um eletrodo central a alta voltagem. Descargas
elétricas provocam a excitação e a ionização de alguns átomos de gás. Os
átomos excitados, ao voltarem ao estado inicial, emitem luz.
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16. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Os condensados de Bose-Einstein são fluidos de baixas temperaturas
com propriedades não totalmente compreendidas, como fluir
espontaneamente para fora do seu recipiente. Este efeito é uma
consequência da mecânica quântica, que postula que qualquer sistema
só pode adquirir energia em quantidades discretas. Se um sistema está a
uma temperatura tão baixa que esteja no seu estado de energia mínima,
não é possível reduzir a sua energia, nem sequer por fricção. Assim
sendo, sem fricção, o fluido facilmente supera a gravidade devido às
forças de adesão entre o fluido e a parede do seu recipiente e tomará a
posição mais favorável, ou seja, a toda a volta do recipiente.
A existência deste estado da matéria como consequência da mecânica
quântica foi inicialmente prevista por Albert Einstein em 1925, no
seguimento do trabalho efetuado por Satyendra Nath Bose. O primeiro
condensado deste tipo foi produzido setenta anos mais tarde por Eric
Cornell e Carl Wieman em 1995, na Universidade de Colorado em
Boulder, usando um gás de átomos de rubídio arrefecido a 170
nanokelvins (nK). 16
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17. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Propriedades extensivas da matéria: dependem do
tamanho da amostra. Exemplo: volume, massa,...
Propriedades intensivas da matéria: são
independentes do tamanho da amostra. Exemplos:
cor, ponto de fusão, ponto de ebulição,...
Observação: na identificação de substâncias, as
propriedades intensivas (propriedades físicas e/ou
químicas) são muito úteis.
Observação: medidas qualitativas não informam
numericamente e são, em geral, de valor limitado.
Exemplo: cor de uma substância.
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18. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Medidas quantitativas envolvem comparações –
sistema de unidades padronizado.
1960: Sistema Internacional de Unidades (SI)
Unidades básicas:
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Medida Unidade
Comprimento Metro (m)
Massa Quilograma (kg)
Tempo Segundo (s)
Temperatura Kelvin (K)
Corrente elétrica Ampère (A)
Quantidade de substância Mol (mol)
Intensidade luminosa Candela (cd)
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19. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Unidades derivadas:
Exemplo:
Área = comprimento x largura = m x m = m2
Quantidade de movimento = massa x velocidade =
massa x comprimento / tempo = kg x m / s = kg.m.s-1
Unidades de qualquer tamanho:
Múltiplos: mega (106), quilo (103)
Submúltiplos: deci (10-1), centi (10-2), mili (10-3),
micro (10-6), nano (10-9), pico (10-12)
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20. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Unidades de medida que não fazem parte do SI e
ainda estão presentes nos laboratórios e na
literatura científica.
Comprimento: 1 Å (angstrom) = 10-10 m
Massa: 1 u (amu) (unidade de massa atômica) =
1,66054 x 10-23 kg
Temperatura: C (grau Celsius), C + 273,15 = K
Volume: litro (L), 1 L = 1.000 cm3
Tempo: hora, 1 h = 60 min; minuto, 1 min = 60 s
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21. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Sistema inglês de unidades:
Comprimento:
Polegada: 1 in = 2,54 cm
Pé: 1 ft = 30,48 cm
Jarda: 1 yd = 0,9144 m
Milha terrestre: 1 mi = 1,609 km
Massa:
Libra: 1 lb = 453,6 g
Onça: 1 oz = 28,35 g
Volume:
Galão: 1 gal = 3,785 L
Quarto: 1 qt = 946,34 mL
Onça-fluida: 1 oz = 29,6 mL
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22. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Medidas não são exatas, elas contêm incertezas (erros);
Erros: ocorrem por limitações do observador e/ou por
limitações nos instrumentos. Também contribuem
variações incontroláveis impostas pelo tempo.
A confiabilidade da medida dos dados é indicada pelo
número de algarismos significativos usados. Exemplo:
24,4 0,1C três algarismos significativos (2 exatos e 1
estimado);
24,32 0,01C quatro algarismos significativos (3 exatos
e 1 estimado) leitura com maior confiabilidade;
Obs: Na prática executa-se várias medidas e representa-se
a leitura como: média desvio-padrão (Estatística). 22
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23. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Observação:
Exatidão: quão próximo do valor correto ou
verdadeiro é o resultado da medida;
Precisão: refere-se ao grau de proximidade entre si
das repetidas medidas de uma grandeza e ao grau
de proximidade em relação à média aritmética.
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Preciso
Inexato
Impreciso
Inexato
Preciso
Exato
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24. UNIDADE 1: CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Operações com algarismos significativos (a.s.):
Zeros à direita de uma vírgula decimal são sempre contados como
algarismos significativos: 4,500 4 a.s.
Zeros à esquerda do primeiro algarismo diferente de zero nunca são
contados como significativos: 0,0023 2 a.s.
Zero no final de um números sem vírgula decimal não são considerados
significativos: 45.000 2. a.s.
Multiplicação / Divisão
(3,148 x 2,7651) / (0,164) = 53,1 (o menor número de a.s.)
Soma / Subtração
3,247 + 41,36 + 125,2 – 23,768 = 146,0 (a grandeza com menor número de
casas decimais)
▲ Observação: números provenientes de definições (ex: 12 in = 1 ft) e
aqueles que provêm de contagem direta (ex: número de alunos na sala)
não têm incertezas números exatos, ou seja, com um número infinito
de a.s. 24
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