Química - Aula 1

Introdução a Química 

1. Matéria 
2. Corpo 
3. Energia 
4. Fontes de energia 
5. Estados Físico da Matéria 
6. Substâncias puras e misturas 
7. Mistura Azeotrópica e e Mistura Eutética 
8. Densidade 
9. Empuxo 
10. Separação de mistura 
11. Exercícios UERJ

Química é definida basicamente como a ciência que estuda a matéria, suas transformações e as energias envolvidas nesses processos.

Matéria:  é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e que, portanto, tem volume e massa.

Corpo - São quantidades limitadas de matéria. Como por exemplo: um bloco de gelo, uma barra de ouro.

Energia: Potencial inato para executar trabalho ou realizar uma ação.

Energia é a capacidade que um corpo, uma substância ou um sistema físico têm de realizar trabalho 

• Qualquer coisa que esteja trabalhando, movendo outro objeto ou aquecendo-o, por exemplo, está gastando (transferindo) energia. 
  
  
• Energia é um dos conceitos essenciais da Física e pode ser encontrado em todas as suas disciplinas (mecânica, termodinâmica, eletromagnetismo, mecânica quântica, etc.), assim como em outras disciplinas, particularmente na Química.

A energia potencial é a energia armazenada. 

• Por exemplo, as águas de um rio têm energia potencial; uma pedra no alto de uma montanha também. Quando a pedra rola, ou quando as águas do rio caem em cascata, sua energia potencial se transforma em energia cinética capaz de exercer força e movimentar outros corpos. Esta é a energia mecânica, uma forma comum de manifestação da energia. 

• A queima de um recurso natural - como a lenha, carvão ou petróleo - gera energia térmica, também chamada de calor. Há ainda a energia radiante ou energia de radiações eletromagnéticas, como a luz e o calor do sol, as ondas de rádio e televisão, os raios X e as microondas. 

• Energia química é a energia liberada ou formada em uma reação química, como acontece nas pilhas e baterias. 

Uma das características mais importantes da energia é a sua capacidade de transformação de uma forma para outra. 

Já a energia nuclear, também chamada energia atômica, é obtida por interações no núcleo de um átomo. 

• Seja pela fissão ou divisão de núcleos pesados (urânio, tório e plutônio), seja pela fusão ou junção de núcleos leves, como o do hidrogênio.

Estados Físicos da matéria

As entidades que formam a matéria (átomos e moléculas) encontram-se em constante movimento e são mantidas unidas pela força de atração que existe entre elas.

Conforme a intensidade dessa força, tais entidades ficam mais próximas, definindo o estado da matéria em sólido, líquido ou gasoso.

Diferença entre gás e vapor

Gás é a substância que, em condições ambientes, se encontra no estado gasoso. É o que ocorre, por exemplo, com o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio e o cloro.

Vapor é a substância no estado gasoso que, em condições ambientes, se encontra no estado líquido ou "gás água".

Ponto de fusão e ebulição 

São, respectivamente, as temperaturas em que os materiais passam do estado sólido para o líquido e do estado líquido para o gasoso ou a temperatura máxima em que o líquido pode permanecer nesse estado físico em uma determinada pressão.

Os pontos de fusão e ebulição dos elementos químicos da Tabela Periódica variam de acordo com os seus números atômicos, o que significa, então, que são propriedades periódicas.

Na Tabela Periódica, a ordem de crescimento das temperaturas de fusão e ebulição dos elementos químicos segue o seguinte esquema de setas:

Cada substância tem um valor para o seu Ponto de ebulição (PE); o da água é de 100°C ao nível do mar. Se mudarmos a pressão, não sendo ao nível do mar, este valor muda, ou seja, se aumentarmos a pressão, o PE também aumentará e vice-versa.

O Ponto de Fusão (PF) é a temperatura em que certa substância passa do estado sólido para o líquido. Seu valor também é igual ao ponto de solidificação, pois é o caminho inverso, ou seja, a passagem do líquido para o sólido.

No caso da água, ao nível do mar, seu PF é de 0°C. 

Substâncias puras e misturas

Substância Pura: Quando uma substância é constituída por entidades quimicamente iguais entre si. Os pontos de fusão e ebulição são constantes.

Mistura: É a associação de duas ou mais substâncias. As temperaturas de fusão e de ebulição variam durante a mudança de estado.

Misturas eutéticas: Quando a mistura é aquecida e começa a passar do estado sólido para o líquido, a temperatura de fusão é fixa e fica constante até que toda a mistura passe para o estado líquido. 

O processo inverso, de resfriamento, o ponto de congelamento ou solidificação, é fixo e constante até que todo o líquido solidifique-se.

Misturas azeotrópicas: Quando a mistura é aquecida e começa a passar do estado líquido para o gasoso, a temperatura de ebulição é fixa e fica constante até que toda a mistura passe para o estado gasoso. 

O mesmo ocorre com o processo inverso, de resfriamento, o ponto de condensação é fixo e constante até que todo o gás liquefaça-se.

Mistura homogênea: é uma solução que apresenta uma única fase.

Mistura heterogênea: pode apresentar duas ou mais fases. 

Fase é cada porção que apresenta aspecto visual uniforme. 

Dizemos então que ela é homogênea do ponto de vista macroscópico e heterogênea do ponto de vista microscópico.

 

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Separação de misturas homogêneas

São mais difíceis de serem separadas, é preciso métodos especiais de separação, como a destilação simples e a fracionada, ambas consistem no aquecimento da mistura até a ebulição e em seguida condensar os vapores do líquido.

Destilação Simples: 

É um processo utilizado para separarmos um sólido e um líquido de uma mistura homogênea. 

Destilação Fracionada: 

Compreende o aquecimento de uma mistura de mais de dois líquidos que possuem pontos de ebulição não muito próximos. 

Separação de misturas heterogênea:

Decantação: As misturas heterogêneas de líquidos, se deixadas por um tempo em repouso, têm sua parte sólida depositada no fundo do recipiente separando-se da fase líquida. Isso acontece porque o sólido, sendo mais denso, sedimenta-se.

Filtração: Uso de filtros.

Esse filtro contém uma superfície porosa que retém a parte sólida e deixa passar a parte líquida. Existem vários tipos de filtros: de algodão, de papel, de porcelana, etc. 

Ventilação: Esse método é usado, por exemplo, para separar a palha do grão de arroz. É aplicada uma corrente de ar, e a palha, que é mais leve, voa.

Sublimação: as substâncias participantes desse processo podem ser separadas das impurezas através da sublimação e posterior cristalização.

Separação Magnética: É um método que utiliza a força de atração do ímã para separar materiais metálicos ferromagnéticos dos demais.

Exercícios 

2011 - 2º Exame de Qualificação - Questão 40

Ano 3, n. 9, ano 2010

Considere uma mistura homogênea que contém quantidades iguais de quatro substâncias orgânicas: hexano, pentano, ácido etanoico e metilbenzeno.
Com a adição de uma determinada quantidade de água, obteve-se uma mistura heterogênea, como ilustra o esquema a seguir:

Na fase aquosa da mistura heterogênea, apenas a substância orgânica de maior solubilidade em água está presente.
Essa substância é denominada:

(A) hexano

(B) pentano

(C) ácido etanoico

(D) metilbenzeno

Alternativa correta: (C)

Eixo interdisciplinar: Os Constituintes Fundamentais da Matéria

Item do programa: Íons e moléculas

Subitem do programa: Ligações químicas, geometria molecular e interações intermoleculares

Objetivo: Discriminar a polaridade das substâncias químicas presentes em uma mistura.

Comentário da questão:

A análise das fórmulas estruturais das substâncias que compõem a mistura permite identificar a polaridade de cada uma. Observe:

O ácido etanoico é uma molécula polar, em função da diferença de eletronegatividade entre os átomos de oxigênio e carbono e de hidrogênio. Já as demais moléculas são apolares, pois apresentam átomos de carbono e de hidrogênio, que formam apenas ligações apolares entre si.
Como a água é uma molécula polar, irá se solubilizar em água o composto polar presente na mistura, no caso, o ácido etanoico.

Percentual de acertos: 56,94%

Nível de dificuldade: Médio (acima de 30% e igual ou abaixo de 70%)

2013 - 1º Exame de Qualificação - Questão 31

Ano 5, n. 14, ano 2012

Uma indústria fabrica um produto formado pela mistura das quatro aminas de fórmula molecular C3H9N.
Com o intuito de separar esses componentes, empregou-se o processo de destilação fracionada, no qual o primeiro componente a ser separado é o de menor ponto de ebulição.
Nesse processo, a primeira amina a ser separada é denominada:

(A) propilamina

(B) trimetilamina

(C) etilmetilamina

(D) isopropilamina

Alternativa correta: (B)

Eixo interdisciplinar: As Substâncias e suas Transformações

Item do programa: Conceitos de substância pura e misturas

Subitem do programa: Processos de separação de misturas

Item do programa 2: Funções químicas

Subitem do programa 2: Classificação e nomenclatura das substâncias orgânicas

Eixo interdisciplinar 3: Os Constituintes Fundamentais da Matéria

Item do programa 3: Íons e moléculas

Subitem do programa 3: Interações intermoleculares

Objetivo: Discriminar o composto de menor ponto de ebulição em uma mistura.

Comentário da questão:

As quatro aminas de fórmula molecular C3H9N são:

 

A primeira amina a ser separada por destilação fracionada é aquela de menor ponto de ebulição. Quando se analisa uma mistura de isômeros, o principal fator que diferencia o ponto de ebulição desses isômeros é o tipo de interação intermolecular. A interação intermolecular mais forte é a ligação de hidrogênio, que é formada entre um átomo muito eletronegativo, no caso o nitrogênio, e o átomo de hidrogênio, que se encontra ligado a um átomo muito eletronegativo, novamente o nitrogênio. Observe:
N.....H–N
Como a trimetilamina é a única amina que não apresenta átomos de hidrogênio ligados ao nitrogênio, esses átomos não formam ligações de hidrogênio, de forma que essa é a amina de menor ponto de ebulição.

Percentual de acertos: 23,61%

Nível de dificuldade: Difícil (abaixo de 30%)