C1_teoria_1serie_20aulas_quimica (1)

Introdução ao estudo da Química – Mód ódu ulo loss

Joseph Louis Gay-Lussac

 1  –

Ciência e Química

 2  –

Matéria e suas transformações: os estados sólido, líquido e gasoso

 3  –

As mudanças de estado de agregação

4  –

Mudanças de estado de substância pura e mistura

5  –

Materiais homogêneos e heterogên heterogêneos eos

6  –

Separação dos componentes de misturas I

7  –  –

Separação dos componentes de misturas II

8  –

Separação dos componentes de misturas III

(1778-1850)

1

Ciência e Química

• Ciência • Tecnologia • Química

DNA – A molécula da vida. A quí mica mica es tu  tu da da a estrutura das moléculas.

QUÍMICA

181

 1. O que é ciên ciência? cia? A palavra ciência vem do latim latim scientia , que significa “conhecimento”. “conhe cimento”. Ciência é um conjunto organizado organizado de conhecimentos relativos rela tivos a um determinado objeto ou fenômeno, fenômeno, especial especial-mente os obtidos obtidos mediante a observação, a experiên experiência cia e um método próprio. próprio. Ciência Ciência é uma atividade humana humana envol envol-vida na acumulação de conhecimentos conhecimentos sobre o universo. universo. A ciência química possui uma posição-chave posição-chave entre as outras ciências naturais. Ela depende em parte da física, que é o estudo das leis le is fundamentais da natureza. Os princípios princípios da química aparecem na biologia, o estudo dos seres vivos. A química e a física são os fundamentos da geologia, a ciência da terra.

Ciências exatas – ciências matemáticas. Ciências experimentais  – aquelas cujo método exige 

o recurso da ex pe  pe ri  ri mentação. mentação. Ciências naturais  – a biologia, a geologia, a as tro  tro - -  nomia, a física, a química. Ciências sociais  – aquelas cujo objeto de estudo são  os diferentes aspectos das sociedades humanas. Ciências humanas  – estudam o comportamento do  ho mem mem individual ou coletivamente: a psicologia, a  filosofia, a história, a linguística. Ciências aplicadas  – aquelas em que a pesquisa visa  a uma aplicação.

2. O que é tecno tecnolog logia? ia? Tecnologia – é o uso do conhecimento científico pa ra manipular a natureza, o que pode envolver a produção produção de novas drogas, automóveis mais seguros, melhorar melhorar plásticos, reatores nucleares etc. Por exemplo, o cientista Wallace Carothers criou o náilon, lon, em 1935. O tecnólogo usa o náilon na fabricação fabricação de tapetes.   a    i    d    í    M   o   v    i    t   e    j    b    O   o    t   o    F

Náilon

182

  a    i    d    í    M   o   v    i    t   e    j    b    O   o    t   o    F

Tapetes de náilon

QUÍMICA

Baseando-se nos conhecimentos químicos e bioquí  bioquí micos da penicilina, os químicos desenvolveram méto méto-dos econômicos para produção em larga escala desse importante medicamento. Tal como a ciência, a tecnologia é uma atividade huhumana. Se um conhecimento conhecimento científico é usado para uma boa ou má aplicação tecnológica, isso depende depende da dedecisão de pessoas. O alumínio é o metal mais abundante na crosta terres ter res-tre. No entanto, durante muitos anos foi mais caro que a prata, em razão da dificuldade de sua extração do minério. minério. O alumínio passou a ter um custo acessível a prapraticamente todas as pessoas, por volta de 1886, quando quando a eletricida eletri cidade de foi empregada no seu processo de extração. extração. Há dois tipos de opinião sobre a ciência: uns a concon sideram como fonte de benefícios para a humanidade, necessária e boa. Outros a veem como uma força de desdestruição do homem e da natureza, ou seja, perigosa e má. Nenhuma das duas opiniões é correta. Assim, por um lado, vemos a ciência prolongando a vida, por meio de fabulosas conquistas da medicina, e, por outro lado, colocando-se como aliada na produção de armas para guerras. Este é um mundo de transformações, e nele o lugar da ciência é privilegiado. Hoje, uma mensagem escrita popode ser enviada, quase instantaneamente, a um ponto qualqualquer do planeta, por fax ou correio eletrônico. A nossa mamaneira de viver é modificada pela miniaturização dos siste te-mas de computação. Livros são impressos impressos em CD, com som e imagem. Novos produtos químicos são pesquisados. Portanto, é importante uma criteriosa aplicação dos conhecimentos da ciência.

3. O que é Quím Químic ica? a? Química é o ramo da ciência que estuda a matéria  e suas transformações. As transformações em que substâncias se transtransformam em outras com proprie propriedades dades muito diferentes daquelas iniciais são chamadas de reações químicas. Tudo o que o ser humano toca, come deve-se à quí mica: matérias plásticas, ligas li gas metálicas, cerâmicas, comcomponentes eletrônicos, papel, adubos, detergentes, vidro, dro, filmes etc. No campo da medicina, químicos isolaram isolaram os antibióticos, sinteti sintetiza zaram ram drogas para o tratamento tratamento da hipertensão, diabetes, artrite, problemas mentais. mentais. “Produto químico” é qualquer material em cuja obobtenção tenha ocorrido uma transformação química controlada pelo homem. Portanto, a química não pode ser intrinsecamente má, pois é fruto da atividade racional do ser humano. Devemos admitir que nem todos os efeitos da quí mica têm sido positivos. O químico contribuiu para o apriaprimoramento de armas (do napalm às bombas nucleares), nu cleares), gases de combate, medicamentos para coagir indivíduos. A acidez das águas de chuva cresce, a taxa de dióxido de carbono na atmosfera aumenta, o que poderá poderá modificar o clima, os detergentes poluem as águas dos rios, aciaci-

dentes com produtos petrolíferos destroem a fauna faun a e a flora de dezenas de quilômetros de costa, os clorofluorcarbonetos clorofluorcarbonetos ajudam a diminuir a camada de ozônio. Deve-se no entanto salientar que a Química contribui para esses problemas, mas também ajuda a controlá-los. A maior parte das pesquisas visando ao controle e prevenção prevenção da poluição é desenvolvida por químicos.

Os Destaques Alfred Nobel (1833-1896), industrial e quí mico sueco, dededicou-se ao estudo das pólpólvoras e dos exexplosivos, tendo inventado a didinamite. na mite. Nos úlúltimos anos de sua vida, asas sistiu, com pepesar, ao emprego de suas invenções invenções para fins bélicos, o que o levou a determinar determinar em seu testamento a criação de cinco prêmios anuais para autores de obras literárias, científicas e filantrópicas, filantrópicas, dispon dispondo do seu enorme enor me patrimônio para recom recompensar pensar os benfeitores da humani humanidade. dade. Em 1901, foram conferidos os primeiros primeiros prêmios.

ᕡ

Químic micaa é a ciên ciência (MODELO ENEM) – Quí que trata da composição, composição, da estrutura e das propriedades das substâncias substâncias e das transfor transfor-mações por meio das quais uma substância é convertida con vertida em outra. Sobre ciência, tecnologia e química analise os itens: a) A Química é uma ciência ciência experimental. experimental. A experiência forma for ma a base das observações que definem os problemas pro blemas que as teorias têm que explicar e provê um modo de concon ferir a validez das novas teorias. b) Ciência é o mesmo que tecnologia. c) A ciência é um compêndio imutável de ver dades absolu absolutas tas. d) A ciência não é uma atividade humana. humana. e) A química química é má. Resolução a) Correto. b) Errado. A ciência estuda e tenta expli ex plicar car os fenômenos, enquanto a tecnolo tec nologia gia é a aplicação desse conhecimento conhecimento de modo útil para a humanidade. Por exemplo, o cientista descobriu a penicilina e somente 30 anos depois é que ocorreu a sua aplicação como medicamento. c) Errado. A ciência é dinâmica, isto é, o ciencientista não é dono da verdade. Com o passar do tempo, algumas explicações expli cações científicas se mostram incorretas incor retas e são abandonadas.

mico norteLinus Pauling (1901-1994), quí mico americano, autor autor de trabalhos funda fundamen men-tais relativos a macromoléculas macromoléculas orgânicas e a ligações quí micas, micas, pacifista e adver adversá sário rio convicto con victo da utilização de armas nucleares, nucleares, contrário con trário a qualquer qualquer tipo de precon preconceito, ceito, ininclusive clu sive o cientí fico, fico, foi laureado laureado com dois prêmios prê mios Nobel, de Quí mica, mica, em 1954, e da Linus nus Pauling desenvolveu desenvolveu o Paz, em 1962. Li conheci conhe cimen mento to relativo a princípios fun fun-damentais relaciona relacionados dos à natureza natureza das ligaligações químicas e à estrutura das moléculas, moléculas, propi pro piciando ciando explicações explicações em torno das propropriedades da matéria. A partir de 1936, juntamente com assistentes e colegas, dedicou-se ao estudo das propriedades propriedades de sistemas vivos. Em 1960, introduziu introduziu a Medicina Ortomo Ortomolecular, lecular, termo utilizado por Pauling para denominar uma nova área do conhecimento, conhecimento, que consiste no estudo do uso racional de nutrientes, que inclui a adminis administra tração ção de memegadoses de minerais e vitaminas. vitaminas. Pauling assegu assegurou, rou, em 1972, que a vitamina C poderia aliviar, prevenir e, em certos casos, casos, curar o câncer, o que gerou uma polêmica que dura até hoje.

d) Errado. Ciência é fruto da atividade racio ra cional nal do ser humano. hu mano. e) Errado. Sendo fruto da atividade racional ra cional do ser humano, no seu esforço de entender tudo que o rodeia, a química não pode ser intrinsecamente má. Resposta: A

ᕢ

Atualmen lmente, te, biotec biotec-(MODELO ENEM) – Atua nologia pode ser entendida como sendo o de nologia sevolvimento, com base nas ciências ciên cias biológi biológi-cas, de produtos e processos que podem ser utilizados utili zados e(ou) transferidos para aplicação e produção em grande escala. O emprego dessa tecnologia em processos de produção data de, pelo menos, 1800 a.C., época em que, por meio de uma reação de fermentação que produz etanol (álcool comum) e CO 2 a partir do açúcar (C6H12O6), obtinha-se vinhos e pães, com o uso de leveduras. Essa reação permite que fungos formem 2x g de ATP por por 180g de açúcar consumido. No entanto, se os fungos estiverem em um ambiente com grande quantidade de oxigênio, o consumo de 180g de C6H12O6 produzirá 36x g de ATP ATP.. Com relação ao assunto, assinale a afirmação correta:

a) A biotecnologia biotecnologia está baseada somente somente na Biologia, não dependendo da Física e da Química. b) O emprego da biotecnologia começou na Idade Média, por volta de 1800. c) Pela fermentação do açúcar existente existente no suco de uva em etanol forma-se o vinagre. d) Em ambiente com grande quantidade de oxigênio, o rendimento rendimento na formação forma ção de ATP é 36 vezes maior que o ren dimento em amam biente com pequena peque na quantidade de oxigênio. e) Sabendo-se que o principal agente da fermentação alcoólica é denominado Saccharomyces cerevisiae , é correto concluir que esse agente é uma levedura. Resolução A biotecnologia está baseada nas ciências biológicas, mas depende muito da Física e da Química. Observe, por exemplo, que a fermentação é uma reação química. A biotecnologia começou a ser empregada por volta de 1800 a.C. A fermentação fermen tação do açúcar do suco de uva em etanol (álcool comum) produz vinho. O rendimento na formação do ATP em ambiente com grande quantidade de oxigênio é 18 vezes (36 x g : 2x g) maior do que em ambien ambiente te com com pequena quantidade de oxigênio. O fungo Saccharomyces cerevisiae  é uma levedura. Resposta: E

QUÍMICA

183

ᕡ (UnB-DF – MODIFICADO – MODELO ENEM) – A Ciência,

sendo uma atividade humana, associa-se a valores éticos, transcendendo, portanto, os fatos, as leis e as teorias cien tíficas. O cientista, dessa forma, ao contrário da visão estereotipada de gênio isolado, pode elaborar propostas de intervenção solidária na realidade social, por meio dos conhe cimentos produzidos em sua área de pesquisa ou da destinação de recursos pessoais. Com relação à natureza do conhecimento científico e considerando o texto acima, julgue os itens a seguir. 1) Por resultarem da utilização do método científico, os conhecimentos científicos não são influenciados pela sociedade. 2) O desenvolvimento da ciência e da tecnologia quí micas tem afetado a qualidade de vida da humanidade. 3) Muitas das tecnologias de guerra utilizadas no conflito dos Bálcãs resultaram do desenvolvimento científico. Estão corretos: a) o item 1 apenas. c) o item 3 apenas. e) os itens 2 e 3 apenas.

b) o item 2 apenas. d) os itens 1 e 3 apenas.

RESOLUÇÃO: 1) Falso . A ciência é uma atividade humana. 2) Verdadeiro . Este é um mundo de transformação e o lugar da ciência e da tecnologia são privilegiados. 3) Verdadeiro. O conhecimento científico tornou possível a produção de armas horríveis para as guerras. Resposta: E

ᕢ (MODELO ENEM) – Exemplos de substâncias ou produtos

que têm sido obtidos por meio da biotecnologia moderna incluem interferon, insulina e hormônios de crescimento humano, plantas resistentes a vírus, plantas tolerantes a insetos e plantas resistentes a herbicidas. A clonagem de genes associados à coloração de flores tem gerado cores anteriormente inexistentes para determinadas espécies. Na petroquímica, a biotecnologia também tem tido papel importante: bactérias capazes de metabolizar chumbo, cádmio, enxofre e nitrogênio têm sido utilizadas em processos de refinamento, reduzindo a quantidade de contaminantes no petróleo e permitindo a produção de combustíveis mais limpos, reduzindo, por exemplo a quantidade de enxofre no combustível. Com relação a esse assunto assinale a afirmação correta: a) Infere-se do texto que elementos metálicos são retirados do petróleo por bactérias que, no entanto, não conseguem extrair outros tipos de elementos. b) O lançamento de resíduos sólidos pode constituir-se agente não antrópico causador da poluição do solo. c) Proteínas não são compostos químicos. d) Solos naturais são formados pela decomposição de rochas primitivas. Nessa decomposição há ações puramente químicas. e) Os humanos são capazes de diferenciar a coloração das flores em virtude da presença de células especializadas encontradas na retina. RESOLUÇÃO: a) Errada. Elementos não metálicos também são retirados do petróleo, por exemplo, enxofre e nitrogênio. b) Errada. É agente antrópico, isto é, agente humano. c) Errada. Proteínas são substâncias químicas complexas. d) Errada. Na decomposição da rocha há ações químicas, físicas e biológicas. e) Correta. Os humanos são capazes de diferenciar a coloração das flores em virtude da presença de células especializadas encontradas na retina e chamadas de cones. Resposta: E

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M101

184

QUÍMICA

2

Matéria e suas transformações: os estados sólido, líquido e gasoso

 1. Estados de agregação da matéria A matéria pode se apresentar em três estados físicos: – sólido – líquido – gasoso

Estado sólido

Estado líquido

• Movimento de partículas

No estado sólido, a matéria apresenta forma e volume próprios. No estado líquido, a matéria apresenta volume próprio mas a forma é aquela do recipiente que a contém. No estado gasoso, a matéria não apresenta forma nem volume próprios.

Estado gasoso  

Saiba mais VISCOSIDADE Os líquidos e gases são chamados de fluidos, porque podem fluir (escoar). Nem todos os líquidos escoam com a mesma facilidade. Viscosidade é a medida da resistência que um líquido oferece ao escoamento. A água flui facilmente porque tem baixa viscosidade. O óleo flui mais devagar, pois sua viscosidade é maior. A glicerina, o óleo de rícino, os lubrificantes escoam lentamente e são chamados “grossos”. Já o álcool, a gasolina escoam facilmente e são ditos “finos”. Os óleos lubrificantes são classificados de acordo com a viscosidade. Os óleos 20, 30, 40 e 50 são “finos”, enquanto os óleos 80, 90 e 140 são “grossos” (usados na lubrificação dos câmbios).

2. A matéria é formada por partículas A existência dos três estados da matéria pode ser explicada admitindo-se que ela é formada por minúsculas partículas (representadas na figura por bolinhas).

Os três estados físicos da matéria.

No estado sólido, as partículas estão presas umas às outras, explicando a sua forma própria. No estado líquido, as partículas estão colocadas umas sobre as outras. O líquido não tem forma própria porque as partículas podem deslizar umas sobre as outras. No estado gasoso, as partículas estão bastante afastadas e movem-se em todas as direções, explicando o fato de um gás ocupar todo o recipiente que o contém.

Um iceberg flutua na água líquida por ser menos denso.

QUÍMICA

185

Saiba mais DENSIDADE DE SÓLIDOS E LÍQUIDOS A maior parte dos sólidos é mais densa que sua forma líquida. Por exemplo, o benzeno (C6H6) lí quido tem densidade 0,90g/cm3 a 5°C. Já o benzeno sólido tem densidade 1,0g/cm3 a 5°C. Assim, tendo-se um frasco contendo benzeno líquido e abaixando a temperatura, o benzeno sólido que aparece vai para o fundo por ser mais denso. A água é exceção, isto é, o gelo é menos denso que a água líquida. A densidade da água líquida a 0°C é aproximadamente 1,0g/cm 3, enquanto a densidade do gelo a 0°C é 0,92g/cm3. Colocando-se um frasco contendo água lí quida no congelador, o gelo aparece na superfície por ser menos denso.

Isso acontece porque o espaço entre as partículas (moléculas) na água lí quida é menor do que no gelo. Deste modo, a água líquida ocupa menor volume do que igual massa de gelo. Água líquida e água sólida.

Benzeno líquido e benzeno sólido.

ᕡ

(MODELO ENEM) – É possível distinguir um sólido cristalino de um líquido, baseando-se nas forças de atração entre as partículas. Analise as afirmações: 1) Em um sólido cristalino, as forças de atração entre as partí culas são suficientemente grandes para mantê-las em posições relativamente fixas. 2) No estado líquido, as forças entre as partículas são mais fracas e não conseguem manter as partículas com tamanha rigidez. 3) No estado de sólido cristalino, as partículas têm energia suficiente para desli zarem umas sobre as outras. Estão corretas as afirmações: a) 1 apenas b) 2 apenas c) 3 apenas d) 1 e 2 apenas e) 1 e 3 apenas Resolução 1) Correta. 2) Correta. 3) Errada. No líquido é que as partículas têm energia suficiente para deslizarem uma sobre as outras. Resposta: D

ᕢ

(MODELO ENEM) – Para explicar o que acontece quando um gás liquefaz (condensa) pelo abaixamento de temperatura, um estu dante apresentou as seguintes explicações:

186

QUÍMICA

gelo

1) Em um gás, as forças atrativas entre as partículas são muito fracas e não conseguem manter as partículas próximas devido à energia cinética que as partículas possuem. 2) Abaixando a temperatura, a energia cinética das partículas diminui. 3) As forças de atração entre as partículas podem prevalecer sobre o efeito da energia cinética e as partículas se atraem para formar uma fase condensada. Estão corretas as explicações: a) 1 apenas b) 1 e 2 apenas c) 1 e 3 apenas d) 2 e 3 apenas e) 1, 2 e 3 Resolução Todas as explicações estão corretas. Resposta: E

ᕣ

(VESTIBULINHO – CENTRO PAULA SOUZA – MODELO ENEM) – Estima-se que há 1,4 bilhão de quilômetros cúbicos de água no planeta Terra, distribuído em mares, rios, lagos, geleiras, solo, subsolo, ar e também nos organismos vivos. Deste total, praticamente 2,5% são de água doce, ou seja, 35 milhões de km3. Cerca de 70% do total do volume de água doce do planeta encontram-se nas calotas polares e geleiras. (Adaptado de:

água líquida  

Considere que • a quantidade de 70% do total do volume de água doce, citada no texto, esteja na forma líquida. • o volume de água na forma de gelo seja, aproximadamente, 10% maior que o volume da mesma água na forma líquida. Nestas condições, o volume de água na forma de gelo é, em milhões de km 3, aproximadamente, a) 19. b) 22. c) 25. d) 27. e) 30. Resolução 70% de 35 milhões de km3 são de água doce que se encontra nas calotas polares e geleiras. Considerando na forma líquida, temos: 35 milhões de km 3 ––––––– 100% x ––––––– 70% x = 24,5 milhões de km3 Passando para o estado sólido, o volume aumenta 10%. 24,5 milhões de km 3 ––––– 100% y ––––– 10% y = 2,45 milhões de km3 Volume de água na forma de gelo: 24,5 milhões de km 3 + 2,45 milhões de km 3 = 26,95 milhões de km 3 ≅ 27 milhões de km3 Resposta: D

ᕡ (UFSC) – Os estados físicos da matéria são: 01) gasoso 08) sólido 64) rarefeito

02) denso 16) frio

04) líquido 32) quente

RESOLUÇÃO: Corretos: 01, 04, 08 (soma: 13)

No Portal Objetivo

ᕢ (UNEB-BA) – Considere as propriedades: I. Compressibilidade II. Densidade III. Forma

Amostras de igual volume de H 2O(s) e H 2O(g) diferem quanto: a) à propriedade I, apenas. b) à propriedade II, apenas. c) à propriedade III, apenas. d) às propriedades I e II, apenas. e) às propriedades I, II e III. RESOLUÇÃO: Os estados sólido e gasoso apresentam compressibilidade, densidade e forma diferentes. Resposta: E

Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M103

3

 As mudanças de estado de agregação

 1. Mudanças de estado físico

2. Fusão.  As geleiras estão derretendo! Fusão é a passagem de um material do estado sólido para o estado líquido. O processo ocorre quando o material é aquecido.

H 2 O(s)  → H 2 O( l)   

3. Solidificação  A água solidifica a 0°C. Solidificação é a passagem de um material do estado líquido para o estado sólido. O processo ocorre quando o material é resfriado.

• Fusão • Vaporização • Sublimação

H 2 O( l)    → H 2 O(s)  Uma substância pura funde em uma temperatura determinada chamada ponto de fusão. Este coincide com o ponto de solidificação. Assim, a água solidifica a 0°C e o gelo derrete a 0°C. Alguns exemplos de ponto de fusão: Mercúrio (Hg): – 39°C Alumínio (Al): 650°C Cobre (Cu): 1083°C Ferro (Fe): 1535°C Cloreto de sódio (NaCl): 801°C

4. Vaporização. Na caldeira a água está fervendo! Vaporização é a passagem de um material do estado líquido para o estado gasoso.

H 2 O( l)    → H 2 O(g)  A vaporização pode ocorrer de três maneiras: • evaporação: quando o líquido vaporiza lentamente à temperatura ambiente. • ebulição: quando o líquido vaporiza rapidamente, com formação de bolhas, durante o aquecimento. QUÍMICA

187

• calefação: quando o líquido vaporiza muito rapidamente, por estar em temperatura acima daquela em que ocorre a ebulição. Exemplo: Água líquida derramada sobre uma chapa metálica superaquecida.

Saiba mais A EVAPORAÇÃO OCORRE EM QUALQUER TEMPERATURA Por que sai vapor do chuveiro se a temperatura da água não chega a 100 graus Celsius? A água não precisa atingir o ponto de ebulição para formar vapor. O vapor sai o tempo todo, em qual quer temperatura. Acontece que as moléculas dos líquidos estão sempre em movimento, trombando umas nas outras. “Nesse empurra-empurra, as mais próximas da superfície escapam para o ar”. “São elas que entram no nosso nariz e nos fazem sentir, por exemplo, o cheiro de um vinho ou do perfume”. A gente não vê esse vapor aromático porque, à temperatura ambiente, poucas partículas desprendem-se. Mas, quanto mais quente estiver a água, mais as moléculas se agitam e um número maior delas sobe para o ar. Assim, fica fácil entender por que a água do chuveiro, no inverno, que sai a cerca de 70 graus Celsius, solta tanto vapor. A 100 graus Celsius, quando ferve, praticamente o líquido todo vaporiza. Cada substância pura ferve em uma temperatura determinada chamada ponto de ebulição . Ao nível do mar (1 atm de pressão) a água ferve a 100°C e o vapor-d’água liquefaz a 100°C.

Alguns exemplos de pontos de ebulição sob pressão de 1 atm: Nitrogênio (N2): – 196°C; Oxigênio (O2): – 183°C Etanol (álcool comum, C2H6O): 78°C Mercúrio (Hg): 357°C; Ferro (Fe): 2750°C; Cloreto de sódio (NaCl): 1490°C

5. Condensação (liquefação) Condensação (liquefação) é a passagem de um material do estado gasoso para o estado líquido. A condensação ocorre quando os vapores são resfriados.

H 2 O(g)  → H 2 O( l)   

6. Sublimação Gelo seco não molha! Sublimação é a passagem direta do estado sólido para o estado gasoso.

CO 2 (s)  → CO 2 (g)  Ressublimação é a passagem do estado gasoso para o estado sólido. Exemplos de substâncias que sublimam facilmente: Naftalina, iodo, gelo seco (CO2 sólido). O gelo seco não molha porque não há fusão formando CO2 líquido. Antes e depois de cada mudança de estado, as par tículas são as mesmas  Nas mudanças de estado ocorrem alterações na organização e no movimento das partículas.

No estado sólido as partículas se arranjam em ordem. No estado líquido as partículas ficam mais soltas. No estado gasoso as partículas movimentam-se livremente.

Saiba mais 1. O vapor-d’água é visível ou invisível? O vapor-d’água é invisível aos nossos olhos. Tendo-se água em ebulição em uma chaleira, observa-se uma “fumaça” saindo do bico da mesma. Essa “fumaça” não é vapor d’água, pois este é invisível.

188

QUÍMICA

ar mais frio. Forma-se um grande número de gotí culas de água líquida constituindo a “fumaça”.

O vapor-d’água condensa ao sair do bico da chaleira, pois encontra

2. A água atravessa o vidro? Não. Colocando-se um líquido gelado em um copo, as paredes externas deste ficam molhadas. O vapor-d’água (invisível) presente no ar passa para o estado líquido ao encontrar as paredes frias do copo.

7. A energia nas mudanças de estado

Saiba mais DESEMBAÇADOR TRASEIRO Principalmente nos dias frios ou chuvosos, o vidro interno traseiro fica embaçado. Isso ocorre porque, em dias frios ou chuvosos, o vapor d’água presente no ar atmosférico dentro do carro é resfriado ao entrar em contato com o vidro frio, ocorrendo, assim, a passagem do estado gasoso ao estado líquido (condensação). No vidro frio ocorre o seguinte fenômeno: condensação H2O(v)  ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ H2O(l)

Algumas interações, como a queima de um combustível, liberam energia enquanto outras precisam do fornecimento de energia para ocorrer, como o cozimento de um alimento. As interações que liberam energia são chamadas de exoergônicas e aquelas que absorvem energia são ditas endoergônicas. A energia pode-se manifestar nas formas elétrica, mecânica, térmica, luminosa. Quando a interação libera calor, tem-se um fenômeno exotérmico e quando absorve calor, o fenômeno é endotérmico.

Em alguns automóveis há, no vidro traseiro, filamentos (fios finos) que servem como desembaçadores. Ao acionar esse sistema, esses filamentos se aquecem com a passagem de corrente elétrica, e a água lí quida, causadora do aspecto embaçado do vidro, recebe o calor fornecido pelos filamentos, passando ao estado gasoso. No vidro aquecido ocorre o seguinte fenômeno: evaporação H2O(l)  ⎯⎯⎯⎯⎯→ H2O(v) O ciclo da água.

ᕡ

(ENEM – EXAME NACIONAL DO ENSINO MÉDIO) – O sol participa do ciclo da água, pois além de aquecer a superfície da Terra dando origem aos ventos, provoca a evaporação da água dos rios, lagos e mares. O vapor da água, ao se resfriar, condensa em minúsculas gotinhas, que se agrupam formando as nuvens, neblinas ou névoas úmidas. As nuvens podem ser levadas pelos ventos de uma região para outra. Com a condensação e, em seguida, a chuva, a água volta à superfície da Terra, caindo sobre o solo, rios, lagos e ma res. Parte dessa água evapora retornando à atmosfera, outra parte escoa superficialmente ou infiltra-se no solo, indo alimentar rios e lagos. Esse processo é chamado de ciclo da água.

Considere, então, as seguintes afirmativas: I. A evaporação é maior nos continentes, uma vez que o aquecimento ali é maior do que nos oceanos. II. A vegetação participa do ciclo hidrológico por meio da transpiração. III. O ciclo hidrológico condiciona processos que ocorrem na litosfera, na atmosfera e na biosfera. IV. A energia gravitacional movimenta a água dentro do seu ciclo. V. O ciclo hidrológico é passível de sofrer interferência humana, podendo apresentar desequilíbrios. a) Somente a afirmativa III está correta. b) Somente as afirmativas III e IV estão corretas.

c) Somente as afirmativas I, II e V estão corretas. d) Somente as afirmativas II, III, IV e V estão corretas. e) Todas as afirmativas estão corretas. Resolução Somente a afirmativa I é incorreta, pois a evaporação é maior nos oceanos. Resposta: D

ᕢ

(PISA –MODELO ENEM) – O Grand Canyon está localizado em um deserto nos Estados Unidos. Ele é um cânion grande e profundo formado por muitas camadas de rochas. No passado, os movimentos na crosta terrestre ergueram estas camadas. Atualmente, o Grand Canyon apresenta 1,6 km de profundidade em determinadas partes. O Rio Colorado percorre todo o fundo do cânion.

QUÍMICA

189

Veja a foto abaixo do Grand Canyon tirada da margem sul. Várias camadas diferentes de rochas podem ser vistas nas paredes do cânion.

Resolução A água contida nas fendas das rochas congela a 0°C aumentando o volume. Essa expansão acelera a desagregação das rochas. Resposta: D

ᕣ

A temperatura no Grand Canyon varia de menos de 0°C a mais de 40°C. Embora ele esteja localizado em uma área desértica, as fendas das rochas, algumas vezes, contêm água. De que maneira essas mudanças de temperatura e a água contida nas fendas das rochas ajudam a acelerar a desagregação das rochas? a) A água congelada dissolve as rochas quentes. b) A água consolida as rochas entre si. c) O gelo torna lisa a superfície das rochas. d) A água congelada se expande nas fendas das rochas. e) A água congelada ocupa menor volume que a água líquida.

(UNICAMP-SP) – “Colocando-se água bem gelada num copo de vidro, em pouco tempo este fica molhado por fora, devido à formação de minúsculas gotas de água.” Para procurar explicar este fato, propuseram-se as duas hipóteses seguintes: A) Se aparece água do lado de fora do copo, então o vidro não é totalmente impermeável à água. As moléculas de água, atravessando lentamente as paredes do vidro, vão formando mi núsculas gotas; B) Se aparece água do lado de fora do copo, então deve haver vapor d’água no ar. O vapor d’água, entrando em contato com as paredes frias do copo, condensa-se em minúsculas gotas. Qual hipótese interpreta melhor os fatos? Como você justifica a escolha? Resolução A hipótese B  interpreta melhor os fatos. A hipótese A pode ser eliminada da seguinte maneira: coloca-se água a temperatura am biente no copo e não se formam as gotas no lado de fora, indicando que a água não atravessa a parede de vidro. A hipótese B  pode ser comprovada assim: coloca-se o copo vazio na geladeira e deixa-se durante certo tempo. Tirando o copo vazio da gela deira, formam-se as gotas de água.

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M104

ᕡ (FUVEST-SP – MODELO ENEM) – Considere a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição da substância simples bromo (Br2) e da substância composta, ácido acético (CH3COOH) principal constituinte do vinagre. Temperatura Temperatura de Substância de fusão ebulição a 1 atm ácido acético 17°C 118°C bromo – 7°C 59°C

Ácido acético e bromo, sob pressão de 1 atm, estão em recipientes imersos em banhos, como mostrado:

a) b) c) d) e)

ácido acético sólido líquido gasoso sólido gasoso

bromo líquido gasoso sólido gasoso líquido

RESOLUÇÃO: Como o ácido acético ferve a 118°C, conclui-se que a 150°C ele está no estado gasoso. A temperatura da água líquida em equilíbrio com o gelo é 0°C. Como o bromo derrete a – 7°C e ferve a 59°C, conclui-se que a 0°C o bromo está no estado líquido. Resposta: E

ᕢ (UNESP – MODELO ENEM) – O naftaleno, comercialmen-

te conhecido como naftalina, empregado para evitar baratas em roupas, funde em temperaturas superiores a 80°C. Sabe-se que bolinhas de naftalina, à temperatura ambiente, têm suas massas constantemente diminuí das, terminando por desaparecer sem deixar resíduo. Esta observação pode ser explicada pelo fenômeno da: a) fusão; b) sublimação; c) solidificação; d) liquefação; e) ebulição.

Nas condições indicadas acima, qual é o estado físico prepon derante de cada uma dessas substâncias?

190

QUÍMICA

RESOLUÇÃO: Sublimação é a passagem do estado sólido para o estado gasoso. Resposta: B

4

Mudanças de estado de substância pura e mistura

 1. O material é substância ou mistura?

• Substância • Mistura • Efeito estufa

abaixa quando se dissolve uma substância no mesmo, e que o ponto de ebulição do líquido aumenta quando nele se dissolve uma substância.

Uma diferença importante entre substância pura e mistura é o comportamento no aquecimento, a pres são constante. Ao aquecermos ou resfriarmos um material desconhecido, podemos dizer se o mesmo é ou não é uma substância pura, verificando seu com portamento.

2. Substância pura  A água pura congela a 0°C Quando uma substância pura muda de estado físico, a temperatura se mantém constante, desde o início até o fim da mudança de estado. Aquecendo gelo, à medida que decorre o tempo, a temperatura vai variando de acordo com o gráfico a seguir:

Solidificação de água salgada.

As partículas dispersas na água dificultam a formação do cristal de gelo. Pela mesma razão, as partículas dispersas na água dificultam a passagem da água do estado líquido para o gasoso.

Aquecimento de água doce. Aquecimento de água pura.

Verificamos, assim, que o aquecimento (ou resfriamento) de uma substância pura apresenta 2 patamares (PF e PE constantes).

Portanto, uma mistura comum (água + sal, água + açúcar) apresenta ponto de fusão e ponto de ebulição variáveis.

Por exemplo, o gelo derrete a 0°C e a água pura ferve a 100°C (sob pressão de 1 at mosfera).

3. Mistura comum  A água salgada não congela a 0°C Para mistura, a temperatura não se mantém constante do início ao fim da mudança de estado. Verifica-se que o ponto de solidificação de um líquido

Aquecimento de uma mistura comum.

QUÍMICA

191

Saiba mais Ao nível do mar (pressão igual a 1 atmosfera), água pura ferve a 100°C. Enquanto existe água fervendo, a temperatura fica constante. Entre o bico da chaleira e a nuvem branca (espaço indicado pela seta) existe vapor-d’água invisível. A nuvem branca acima do vapor d’água é composta por minúsculas gotas de água líquida formada na condensação do vapor d’água.

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M105

4. Mudanças de estado no aquecimento global – Química, Física, Biologia e a Geografia explicam o efeito estufa Estufa é uma construção destinada a proteger as plantas da ação das chuvas, ventos e baixas temperaturas. É uma estrutura fechada por painéis de vidro e dotada de sistema adequado de ventilação e irrigação.

A radiação solar atravessa o vidro e aquece o ambiente. O material aquecido emite radiação infravermelha (calor), que não consegue atravessar o vidro. O calor fica retido no interior da estufa.

192

QUÍMICA

A temperatura na superfície da Terra é determinada pelo balanço entre a energia absorvida do Sol e a energia emitida de volta para o espaço pela Terra, esta na forma de radiação infravermelha (calor). Uma pequena quantidade desta radiação é absorvida por O2 e O3, mas as maiores quantidades são absorvidas por CO2, H2O e CH4. Esses gases agem como uma enorme redoma de vidro, evitando que o calor escape. Este fenômeno é denominado “efeito estufa”. A concentração de CO2 na atmosfera está crescendo em razão do aumento do consumo de combustíveis fósseis e ao extensivo desmatamento pelas queimadas. A consequência dessa maior concentração de CO2 é o aumento da temperatura média global da Terra. Outro gás que contribui para o efeito estufa é o metano, que se forma na fermentação anaeróbica da celulose (vegetais submersos e digestão dos bovinos).

(C 6 H 10 O 5 ) n  + nH 2 O → 3nCO 2  + 3nCH 4  celulose  Os gases que mais contribuem para o efeito estufa estão na tabela a seguir: gás

contribuição

gás carbônico (CO2)

61%

metano (CH4)

15%

clorofluorocarbonetos (CFC)

11%

óxidos de nitrogênio (NO x)

4%

vapor d’água e outros gases

9%

O efeito estufa é um fenômeno natural. Sem ele, a temperatura média na Terra seria 33°C menor. Graças ao efeito estufa, a vida pôde surgir no planeta. A queima excessiva de combustíveis fósseis pelas atividades humanas e a destruição de florestas pelo fogo, que reduz a absorção de CO2 pelo processo de fotossíntese, aumentam a concentração dos gases-estufa na atmosfera. Esse aumento intensifica a retenção do calor pelo efeito estufa, elevando a temperatura global.

5. Consequências do aquecimento global I. Elevação do nível dos oceanos por causa da fusão de camadas de gelo das regiões polares. Já se sabe que o nível dos oceanos está aumentando 3 milí metros por ano. O branco do gelo e da neve reflete para o espaço 90% da radiação solar que recebe. Esse processo ajuda a manter a temperatura média do planeta em 15°C. II. Mudanças climáticas profundas. O aumento da temperatura média da atmosfera interfere nos processos do ciclo da água que envolvem mudanças de estado físico. Nesse ciclo, em que a água entra num processo de evaporação e condensação constante, a temperatura mais alta pode quebrar o ciclo causando maior evaporação e condensação. Nas regiões mais secas ocorrerá a desertificação e nas regiões mais úmidas, tempestades e furacões mais violentos e mais frequentes.

Assim, um aumento de temperatura pode levar à savanização da Amazônia e à transformação do semiárido do Nordeste brasileiro e do norte do México em desertos. III. Aumento da acidez da água dos oceanos em razão do excesso de CO2 na atmosfera. Os corais estão diminuindo, as carapaças de carbonato de cálcio dos animais marinhos poderão desaparecer. IV. Proliferação de pragas e insetos transmissores de doenças como malária ou a dengue. V. Extinção de espécies animais e vegetais. Um aumento de 2°C na temperatura terrestre extinguirá 25% das espécies vegetais no Brasil. Na agricultura, as culturas mais atingidas seriam soja, milho, feijão, arroz e café. O aquecimento ameaça várias espécies de anfíbios como o sapinho-botão-de-ouro e o avermelhado.

6. Como diminuir o efeito estufa? Diversas estratégias vêm sendo discutidas visando a diminuir a quantidade de CO2 e de outros gases estufa na atmosfera, como, por exemplo: I. Redução da queima de combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás natural). II. Desenvolver energia renovável mais barata e efi . caz Físicos pesquisam reatores nucleares mais po de rosos

e limpos. Usinas movidas a ondas e marés estão sendo testadas. Desenvolver veículos elétricos mais po tentes. Biocombustíveis (combustíveis obtidos da bio massa, como etanol, metano e biodiesel) são ótima op ção. Capturar CO2 emitido por termoelétricas, que quei mam combustível fóssil para gerar energia elétrica, e injetá-lo no solo. Prédios com arquitetura inteligente gastam pouca ener gia em iluminação, ventilação, aquecimento e res friamento. III. Nos transportes, adaptar planejamento urbano para ciclistas e pedestres. Usar trens é melhor do que ônibus. Substituir o uso do carro pela bicicleta ou caminhar sempre que possível. Utilizar o transporte coletivo ou compartilhar o automóvel com pessoas conhecidas. IV. Impedir o desflorestamento e estimular o reflorestamento. A fotossíntese deve ser estimulada, pois os organismos clorofilados retiram gás carbônico do ar, o qual poderá retornar ao ambiente pela respiração dos seres vivos. Estudar a possibilidade de se multiplicar o fitoplâncton que realiza a fotossíntese. V. Reciclagem de lixo urbano. Queimadas de lixo são frequentes em terrenos baldios, especialmente em centros urbanos. Evitar o excesso de embalagens. Não comprar descartáveis. Reutilizar folhas de papel, utilizando o verso também. VI. E muitas outras estratégias...

Os Destaques Al Gore, ex-vice-presidente americano (governo de Bill Clinton) e o corpo de especialistas do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas da Organização das Nações Unidas (IPCC) ganharam o Prêmio Nobel da Paz de 2007. O IPCC é o órgão responsável pelas pesquisas e relatórios tidos como referência sobre mudanças climáticas. Em 2006, Al Gore lançou o filme “Uma Verdade Incoveniente”, no qual ele apresenta uma série de evidências de que a emissão de dióxido de carbono (CO2) agravada pela ação humana tem sido a responsável pelo aumento relativamente brusco da temperatura no planeta. Em 2007, a obra de Gore ganhou visibilidade ao conquistar o Oscar de melhor documentário. Envolvente, ritmado e didático sem ser condescendente, o filme chega ao Rajendra Pachauri, Al Gore, DVD com dados atualizados em relação à versão vista no presidente do IPCC. ex-vice-presidente ame ricano. cinema e é um programa quase que obrigatório para quem deseja entender por que o clima anda tão louco e o que se pode fazer, no dia a dia, para não agravar o problema.

ᕡ (ENCCEJA – Exame Nacional de Certificação de Competências de Jovens e Adultos – MODELO ENEM) – A queima de combustíveis em usinas termelétricas produz gás carbônico (CO 2), um dos agentes do efeito estufa. A tabela mostra a relação de emissão de CO2 gerado na queima de alguns combustíveis para produzir uma mesma quantidade de energia. Combustível CO2 gerado* Carvão mineral 2 Lenha 10 Gás natural 1 * quantidades relativas, considerando-se o valor unitário para o gás natural

A substituição do carvão mineral pelo gás natural nas usinas termelétricas reduziria a taxa de emissão de CO 2 em a) 1%. b) 10%. c) 50%. d) 100%. Resolução Para produzir uma mesma quantidade de energia, temos: carvão mineral ––––––– CO2 gerado 2 gás natural ––––––– CO2 gerado 1 A substituição do carvão mineral pelo gás natural reduziria a taxa de emissão de CO2 em 50%. 2 –––––––– 100% x = 50 1 –––––––– x Resposta: C

·

QUÍMICA

193

ᕢ

(U.F. VIÇOSA-MG – MODELO ENEM) – A figura abaixo mostra as curvas de temperatura versus  tempo para a mesma massa de três amostras materiais A, B  e C , partindo do estado sólido no tempo zero. Observe a figura e marque a alternativa correta:

Nessa tabela, estão listados valores de temperatura em função do tempo, obtidos experimentalmente para o aquecimento de uma substância pura X. Inicialmente, X estava sólida. a) Faça o gráfico de temperatura em função do tempo para o aquecimento de X.

b) Identifique, no gráfico, as regiões correspondentes: • à mudança de estado sólido-líquido (sinalize com o numeral I): • ao aquecimento do líquido (sinalize com o numeral II). c) Descreva como se alteraria o gráfico, caso a substância X fosse impura. a) As amostras A, B e C são exemplos de substâncias puras. b) A amostra C  não constitui substância pura por não manter as temperaturas de fusão e ebulição constantes. c) À temperatura de 100°C, a amostra A encontra-se no estado líquido. d) A amostra B aquece mais rápido do que a amostra A. e) A amostra B  apresenta a temperatura de ebulição de 40°C. Resolução B: substância pura (PF e PE constantes) C: mistura (PF e PE variáveis) A: impossível saber se é substância pura ou mistura. A 100°C, A está no estado sólido. A amostra A se aquece mais rapidamente (no tempo 25s, A: 35°C; B: 25°C; C: 15°C) Resposta: B

ᕣ

Resolução a)

(UFMG) – Observe a tabela:

Tempo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (min) Tempe20 30 40 50 60 70 80 80 80 80 90 100 110 ratura (°C)

b) I: mudança do estado sólido para o líquido. II: aquecimento do líquido. c) I fica inclinado.

ᕡ (UNESP – MODELO ENEM)

– Aquecendo-se continuamente uma substância pura, à pressão constante, quando se observa a passagem do estado sólido para o líquido a tem peratura do sistema: a) é constante e igual ao ponto de ebulição; b) é constante, mesmo depois que todo o sólido tenha desaparecido; c) é constante, enquanto há sólido; d) aumenta gradativamente; e) aumenta até acabar todo o sólido. RESOLUÇÃO: Uma substância pura tem ponto de fusão constante. Resposta: C

Julgue os itens: 1) O ponto de ebulição de uma mistura de água e sal, com qualquer composição, sob pressão de 1atm, será sempre 101°C. 2) O patamar obtido para amostras de água pura, de diferentes procedências e em diferentes quantidades, sob pressão de 1atm, corresponderá a 100°C. 3) No gráfico III, em cada patamar há duas fases.

ᕢ (MODELO ENEM) – Os gráficos esboçados a seguir mos-

Estão corretos apenas os itens: a) 1 b) 2 c) 3 d) 1 e 3

tram a variação da temperatura com o tempo durante o aquecimento da água pura, até a ebulição (gráfico I); de uma mistura de água e sal (gráfico II); de uma substância pura qualquer, até as mudanças de fase (gráfico III).

194

QUÍMICA

e) 2 e 3

RESOLUÇÃO: (1) Falso. O ponto de ebulição de uma mistura é variável. (2) Verdadeiro. (3) Verdadeiro. Resposta: E

5

Materiais homogêneos e heterogêneos

 1. O sangue parece homogêneo, mas não é! A aparência de um material é determinada fundamentalmente pela quantidade de detalhes que podemos perceber, o que, por sua vez, depende da maneira pela qual ele é observado. Admitamos, como exemplo, uma parede de tijolos; observada a grande distância, ela parece uniforme, constituída por um material avermelhado.

• Homogêneo • Heterogêneo • Fase

II) ao ser subdividido, todas as amostras assim obtidas apresentam-se uniformes em relação a todas as propriedades. Como exemplos, podemos citar o vidro, a água destilada, o álcool 96°GL, o açú car, a acetona, o vinagre, o ouro 18K, o cobre, o ácido clorídrico, o amoníaco etc.

3. Material heterogêneo – os líquidos água e óleo formam mistura heterogênea Os materiais que não satisfazem pelo menos uma dessas condições (item 2) são, por definição, heterogêneos com relação à subdivisão.

Uma parede de  tijolos é hetero gênea.

Todavia, quando examinada de perto, a uniformidade desaparece para dar lugar a um arranjo regular de tijolos vermelhos e a uma argamassa cinzenta. Uma inspeção, ainda mais cuidadosa,revela que cada tijolo não é uniforme em toda sua extensão, pois é formado por materiais de cores e naturezas diferentes. Consideremos agora, como exemplo, o sangue: ele parece uniforme mesmo quando examinado cuidadosamente a olho nu. Entretanto, examinado ao microscópio, ele não mais se mostra assim, observando-se glóbulos brancos e vermelhos em suspensão. Os materiais podem ser classificados em dois grandes grupos, com relação à subdivisão: • materiais homogêneos; • materiais heterogêneos.

2. Material homogêneo – os líquidos água e álcool formam mistura homogênea Um material é homogêneo com relação à subdivisão quando: I) apresenta aspecto uniforme ao ser examinado ao ultramicroscópio;

São exemplos as madeiras, o leite, o granito, o sangue, o ar atmosférico com partículas sólidas em suspensão, a água do mar, a goma arábica, o aço, os sucos de frutas, o ferro-gusa etc. Todos os materiais heterogêneos são constituídos de materiais homogêneos separados por superfícies bem definidas; tais materiais homogêneos são denominados fases.

Aplicação Tem-se uma mistura de cloreto de sódio (sal de cozinha) e sacarose (açúcar comum). Os dois materiais estão na forma de pó branco. Pode-se afirmar que é uma mistura homogênea? RESOLUÇÃO Embora a mistura tenha o mesmo aspecto em toda a sua extensão, nem todos os grãozinhos têm as mesmas propriedades. É uma mistura heterogênea.

4. Fase – parte homogênea do material Fase é cada material homogêneo e fisicamente distinto que compõe um material heterogêneo, contínuo ou não, separado por superfícies-limites bem definidas. Assim, por exemplo, no ar atmosférico, tem-se uma fase gasosa contínua (que é uma mistura de nitrogênio, oxigênio e argônio, principalmente), e uma fase sólida descontínua (o pó). QUÍMICA

195

Exemplos a) água-álcool

  a    i    d    í    M   o   v    i    t   e    j    b    O   o    t   o    F

O granito é uma  rocha he terogênea. É um aglo me rado de cristais de  quartzo, felds pato e mi ca. O  granito é um sistema trifá sico.

b) água-acetona

• Dois líquidos não-miscíveis formam um sistema heterogêneo (bifásico). Exemplos a) água-óleo b) água-clorofórmio

5. Observações importantes • Os materiais heterogêneos são geralmente misturas, porque as diversas fases que os constituem possuem composições diferentes; todavia, embora o sistema seja heterogêneo, quando uma substância está mudando de estado de agregação, ele não é uma mis tura, visto que as fases possuem a mesma composição.

À esquerda, água líquida  e gelo. À direita, benzeno só lido  e benzeno líquido. Cada sis tema  é hete ro gê neo bifásico formado  por uma úni ca substância.

• Geralmente, dois sólidos formam um sistema heterogêneo (bifásico). Exemplos a) enxofre + ferro b) areia + sal • Certas ligas metálicas (misturas de metais) são misturas homogêneas (soluções sólidas), como por exemplo o ouro 18K (75% de ouro e 25% de cobre), pois a mistura não é de cristais, e sim de átomos. No ultramicroscópio, os átomos não são observados.

• Uma mistura homogênea tem o nome de solução.

• Dois gases sempre se misturam de maneira homogênea. • Dois líquidos miscíveis formam um sistema homogêneo (monofásico).

Outros exemplos de soluções sólidas: bronze (Cu + Sn); latão (Cu + Zn).

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M119

ᕡ

(UFSCar-SP – MODELO ENEM) – Em competições esportivas é comum premiar os vencedores com medalhas que hierarquizam a classificação dos três primeiros colocados com ouro, prata e bronze. A medalha que tradi cionalmente é con ferida ao terceiro colocado é de bronze, que é a) uma solução sólida de cobre e estanho. b) uma liga metálica formada por prata e iodo. c) uma mistura heterogênea de cobre e estanho. d) a denominação em latim do elemento bromo.

196

QUÍMICA

e) um amálgama de mercúrio e enxofre. Resolução O bronze é uma solução sólida de cobre e estanho. A liga de bronze é uma mistura homogênea, portanto, trata-se de uma solução sólida. Resposta: A

ᕢ

(UFRGS-RS – MODELO ENEM) – Açúcar comum, C12H22O11 (sacarose), e café passado, tão comuns em nosso dia a dia, são exemplos, respectivamente, de

a) substância pura e mistura homogênea. b) substância composta e mistura heterogêna. c) substância simples e mistura homogênea. d) substância pura e mistura heterogênea. e) mistura heterogênea e mistura homogênea. Resolução Como a sacorose possui fórmula C 12H22O11, conclui-se que se trata de uma substância pura. Café passado será classificado como mistura homogênea, supondo filtração per feita. Resposta: A

ᕡ (UFRJ – Modificado – MODELO ENEM) – Uma festa de

aniversário foi decorada com dois tipos de balões. Diferentes componentes gasosos foram usados para encher cada tipo de balão. As figuras observadas representam as substâncias presentes no interior de cada balão.

Pode-se afimar que a) nos balões existem átomos de quatro elementos químicos. b) o balão I contém um sistema heterogêneo. c) nos balões há três substâncias simples. d) nos balões existem três substâncias compostas. e) o balão II contém um sistema heterogêneo.

ᕢ

Assinalar se o material é homogêneo ou heterogêneo e dar o número de fases: I) Granito (rocha formada por quartzo, feldspato e mica): ............................................................................................... II) Gasolina (mistura de compostos chamados hidrocarbonetos e que têm a fórmula geral: C xHy): ............................................................................................... III) Gás de botijão (mistura de gases, principalmente propano, C3H8, e butano, C 4H10, usado como combustível): ............................................................................................... IV) Água + gasolina (líquidos imiscíveis, isto é, não se mis turam): ............................................................................................... RESOLUÇÃO: I) Heterogêneo; 3 fases. É uma mistura de grãos dos três sólidos. II) Homogêneo; 1 fase. A gasolina deve ser homogênea, pois todas as suas porções devem queimar do mesmo modo. III) Homogêneo: 1 fase (qualquer mistura de gases é homogênea) IV) Heterogêneo; 2 fases

RESOLUÇÃO: Cinco elementos diferentes: Três substâncias simples: Duas substâncias compostas: Balão I: substância pura gasosa: sistema homogêneo Balão II: mistura de gases: sistema homogêneo Resposta: C

6

Separação dos componentes de misturas I

 1. Análise imediata ou fracionamento da mistura Análise imediata é o conjunto de processos empregados na separação dos componentes das misturas homogêneas e heterogêneas. Estes processos não alteram a natureza química das substâncias constituintes das misturas, isto é, não alteram as partículas das espécies químicas, que entram na formação das misturas. São também chamados processos de fracionamento.

• Filtração • Decantação • Levigação

2. Separação dos componentes de m isturas heterogêneas Filtração. Como fazer um cafezinho? A separação se faz através de uma superfície porosa, chamada filtro; o componente sólido ficará retido sobre a sua superfície, separando-se assim do líquido que o atravessa. Em laboratório, comumente se usa filtro de papel, adaptado em um funil.

QUÍMICA

197

Como obter um cone de papel de filtro a partir de uma folha circular:

Tratando-se de substâncias corrosivas (ácido sulfúrico concentrado, por exemplo), substitui-se o papel de filtro por algodão de vidro, amianto, porcelana porosa etc. A filtração pode ser acelerada pela rarefação do ar, abaixo do filtro. Nas filtrações a vácuo (a pressão reduzida), ou por sucção, usa-se funil com fundo de porcelana porosa (funil de Büchner). Coloca-se no fundo do funil uma folha de papel de filtro circular.

Funil de Büchner e kitassato (Usados em filtração a vácuo).

198

QUÍMICA

Decantação. Como fazer um cafezinho árabe? Deixa-se a mistura em repouso até que o componente sólido tenha-se depositado completamente. Remove-se, em seguida, o líquido, entornando-se cuidadosamente o frasco ou com auxílio de um sifão (sifonação). Para acelerar a sedimentação do sólido, pode-se recorrer à centrifugação. A decantação é muito usada para separar líquidos imiscíveis. Coloca-se a mistura em um funil de separação. Quando a superfície de separação das camadas líquidas (interface) estiver bem nítida, abre-se a torneira e deixase escoar o líquido da camada inferior. Quando os líquidos não se separam pelo simples repouso, recorre-se à centrifugação. O funil de separação empregado é também chamado funil de decantação ou ainda funil de bromo.

Para fazer o cafezinho árabe, deixa-se a mistura em repouso para que o pó se deposite no fundo do recipiente.

Centrifugação. Acelerando a sedimentação da fase mais densa Quando a sedimentação da fase mais densa é lenta, ela pode ser acelerada por centrifugação em uma máquina chamada centrífuga. A fase mais densa é arrastada para o fundo do tubo. A centrifugação é usada na separação da manteiga do leite na indústria de laticínios. O leite, mais denso, vai para o fundo, enquanto a manteiga fica na parte superior.

Sifonação. Como retirar combustível do tanque de um automóvel? Na decantação, a parte menos densa, que fica na parte superior, pode ser retirada com o auxílio de um sifão. Para retirar gasolina do tanque de um automóvel realiza-se uma sifonação.

Sifonação.

Levigação. Como o garimpeiro separa o ouro da areia?

Com a centrífuga operando, os tubos contendo a mistura heterogênea ficam na horizontal (marcado na figura em linha pontilhada).

Submete-se a mistura a uma corrente de água. Esta arrasta as partículas menos densas enquanto as mais densas se depositam no fundo. O processo é muito usado na obtenção do ouro. Nos rios, as pepitas de ouro estão misturadas com areia e outros materiais. Nas minas, as pepitas estão incrustadas em rochas.

Levigação usando a canaleta. A areia é arrastada pela água através da canaleta enquanto o ouro, mais denso, fica no fundo da canaleta.

Levigação usando a bateia. As partí culas de ouro ficam no fundo da bateia enquanto a areia é arrastada pela água.

Levigação: a água arrasta as partículas  de areia enquanto as partículas de ou ro se se dimentam.

A bateia é uma gamela (vasilha de madeira ou  de barro com a forma de escudela grande) que se usa na  lavagem das areias auríferas ou do cascalho diamantífero.

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M120

QUÍMICA

199

ᕡ

(ENEM – EXAME NACIONAL DO ENSINO MÉDIO) – As informações abaixo foram extraídas do rótulo da água mineral de deter minada fonte. ÁGUA MINERAL NATURAL Composição química provável em mg/L Sulfato de estrôncio 0,04 Sulfato de cálcio 2,29 Sulfato de potássio 2,16 Sulfato de sódio 65,71 Carbonato de sódio 143,68 Bicarbonato de sódio 42,20 Cloreto de sódio 4,07 Fluoreto de sódio 1,24 Vanádio 0,07 Características físico-químicas pH a 25°C 10,00 Temperatura da água na fonte 24°C 4,40x10–4 Condutividade elétrica ohms/cm Resíduo de evaporação a 180°C 288,00mg/L Classificação:“ALCALINO-BICARBONATADA, FLUORETADA, VANÁDICA” As seguintes explicações foram dadas para a presença do elemento vanádio na água mineral em questão:

I.

No seu percurso até chegar à fonte, a água passa por rochas contendo minerais de vanádio, dissolvendo-os.

II.

Na perfuração dos poços que levam aos depósitos subterrâneos da água, utilizaram-se brocas constituí das de ligas cromo-vanádio. III. Foram adicionados compostos de vanádio à água mineral. Considerando todas as informações do rótulo, pode-se concluir que apenas a) a explicação I é plausível. b) a explicação II é plausível. c) a explicação III é plausível. d) as explicações I e II são plausíveis. e) as explicações II e III são plausíveis. Resolução I. Verdadeira. A água passa por rochas contendo minerais de vanádio, dissolvendo-os. II. Falsa. A quantidade de vanádio desprendida da broca é desprezível, levando-se em conta a quantidade de água dos depósitos subterrâneos. III. Falsa. Pela informação do rótulo, o vanádio faz parte da composição natural da água mineral. Resposta: A

ᕡ (PUCCAMP-SP – MODELO ENEM) – O equipamento ilus-

trado pode ser usado na separação dos componentes do sistema:

a) água + álcool etí lico. b) água + sal de cozinha. (sem depósito no fundo). c) água + sacarose (sem depósito no fundo). d) água + oxigênio. e) água + carvão (pó).

ᕢ

(UECE – MODELO ENEM) – Quando dois ou mais líquidos formam uma mistura heterogênea, dizemos que são líquidos imiscíveis. Na separação de líquidos imiscíveis, a forma mais adequada é utilizar a) balão de destilação e condensador. b) balão de fundo redondo e proveta. c) funil de decantação e erlenmeyer. d) funil de Büchner e béquer. Resolução Na separação de líquidos imiscíveis utiliza-se o funil de separação (funil de decantação) e um erlenmeyer, podendo ser usado um béquer no lugar do erlenmeyer. Resposta: C

ᕣ

A filtração a vácuo é utilizada quando se deseja a) acelerar o processo de filtração. b) melhor qualidade do filtrado. c) separar componentes líquidos imiscíveis de uma mistura. d) separar componentes sólidos de diferentes tamanhos. e) separar componentes de uma mistura de líquidos miscíveis.

Resolução Quando o processo de filtração é muito lento, utiliza-se a filtração a pressão reduzida. Resposta: A

ᕢ (UNIP-SP) – Qual dentre os aparelhos citados pode ser usado para separar uma mistura de água e gasolina? a) bico de Bunsen; b) funil de vidro com papel de filtro; c) kitassato; d) funil de separação; e) funil de Büchner.

RESOLUÇÃO: Líquidos imiscíveis podem ser separados por decantação em um funil de separação. Resposta: D

ᕣ

RESOLUÇÃO: O equipamento é adequado para separar mistura heterogênea de sólido e líquido. Resposta: E

200

QUÍMICA

O processo mais adequado para separar o ouro das areias auríferas é: a) filtração b) levigação c) filtração a vácuo d) decantação e) peneiração RESOLUÇÃO: A corrente de água arrasta as partículas de areia. Resposta: B

7

Separação dos componentes de misturas II

• Flotação • Dissolução • Imantação

 1. Separação dos componentes de misturas heterogêneas (continuação) Catação. Separando as pedrinhas dos grãos de feijão É um processo para separar sólidos na forma de grandes pedaços, utilizando-se a mão ou uma pinça. É o que se faz na separação do feijão de outras partículas sólidas. Flotação (sedimentação fracionada). Separando areia de serragem Trata-se a mistura com um líquido de densidade intermediária em relação à dos componentes. O componente menos denso que o líquido flutua, separando-se assim do componente mais denso, que se deposita. O líquido empregado não deve, contudo, dissolver os componentes. Assim, facilmente se separa a mistura areiaserragem, introduzindo-a em um frasco contendo água. A areia se deposita, separando-se da serragem que flutua.

Separação da ser ragem misturada com areia por  flota ção. A serragem flu tua enquanto a areia  sedimenta.

O processo de flotação é muito usado em mineração, particularmente na separação da ganga (geralmente areia) do minério. O minério é inicialmente pulverizado e, a seguir, tratado com óleo; somente os grãos de minério ab sorvem o óleo; a seguir a mistura é lançada em água. Como os grãos de minério ficam envolvidos pelo óleo, tornam-se menos densos que a água e flutuam em sua superfície, ao passo que os grãos de areia, não absorvendo o óleo, precipitam, porque são mais densos que a água.

Dissolução fracionada. Como separar sal de areia? Trata-se a mistura com um líquido que dissolva apenas um dos componentes. Por filtração, separa-se o componente não dissolvido; por evaporação (ou destilação) da solução, separa-se o componente dissolvido do líquido. Assim, tratando-se a mistura de limalha de ferro e flor-de-enxofre com sulfeto de carbono, todo o enxofre se dissolve e é separado da limalha de ferro por filtração. Por evaporação do sulfeto de carbono, recupera-se o enxofre.

A dissolução fracionada é muito importante na separação de sal comum da areia. Adiciona-se água. O sal se dissolve. Filtra-se. Evapora-se a água e obtém-se o sal sólido. Esse processo para separar uma mistura de substâncias que usa suas diferentes solubilidades em vários solventes é também chamado de extração.

Fusão fracionada. Uma substância derrete e a outra não! Fusão é a passagem do estado sólido para o estado líquido. Essa passagem ocorre numa temperatura

determinada, chamada ponto de fusão. Assim, o gelo derrete a 0°C, o ferro funde a 1536°C. O ponto de fusão é, portanto, uma propriedade específica de cada substância. Aquece-se a mistura. Quando a temperatura atinge o ponto de fusão de um dos componentes, este passa ao estado líquido, podendo ser separado por decantação. Uma mistura de areia e enxofre pode ser separada por fusão fracionada. Aquece-se a mistura. O enxofre passa para o estado líquido podendo ser retirado enquanto a areia fica sólida no fundo do recipiente. QUÍMICA

201

Sublimação A purificação do iodo e da naftalina Sublimação é a passagem direta do estado sólido para o estado gasoso. Exemplos de substâncias que sublimam: iodo, naftalina, gelo seco (gás carbônico solidificado). Este processo só pode ser aplicado quando uma das fases sublima com facilidade. É empregado na purificação do iodo e do naftaleno (naftalina). Cristalização fracionada É um processo para separar uma mistura de sólidos. A mistura é dissolvida em determinado solvente. Em seguida, procede-se a evaporação gradual do solvente. Os componentes vão se cristalizando à medida que seus limites de solubilidade são atingidos. Uma mistura de cloreto de sódio (sal de cozinha) e sacarose (açúcar comum) pode ser separada por cristalização fracionada. A 30°C, 100g de água dissolvem no máximo 38g de sal e 220g de açúcar. Dissolve-se a mistura em água e procede-se à evaporação. O sal (menos solúvel) cristaliza primeiro. Separação magnética Só pode ser empregada quando um dos componentes é atraído pelo ímã. Assim, facilmente se separa a limalha de ferro (pó) de sua mistura com flor-de-enxofre (pó).

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M121

Resolução É o processo de sedimentação fracionada ou flotação. Um componente sedimenta e o outro flutua no líquido. Resposta: D

ᕡ

(MODELO ENEM) – O esquema abaixo mostra um transportador de uma mistura de ferro e areia. Deseja-se que esta mistura seja separada logo que saia do transportador. Qual dos procedimentos abaixo solucionaria melhor o problema? a) b) c) d) e)

inclinar o transportador colocar água na mistura imantar a roda A imantar a roda B imantar o funil C

Resolução Imantando a roda B, a areia cai enquanto o ferro continua preso no transportador:

202

QUÍMICA

ᕣ Resposta: D

ᕢ

(UNIP-SP – MODELO ENEM) – O minério calcocita contém sulfeto de cobre (I) (Cu2S). Para concentrar o Cu2S, utiliza-se o processo: “O minério finamente dividido é misturado com óleo e agitado em água contendo sabão em um tanque de grandes dimensões. Em seguida, injeta-se ar comprimido na mistura. As partí culas de Cu2S, envolvidas em óleo, vão para o topo do tanque, onde formam uma nata que pode ser retirada. As impurezas rochosas depositam-se no fundo do tanque”. Esse processo, muito usado na concentração de minérios, recebe o nome de: a) levigação b) filtração c) dissolução fracionada d) flotação e) decantação

(UNICAMP-SP) – Uma mistura sólida é constituída de cloreto de prata (AgC l), cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de chumbo (PbCl2). A solubilidade desses sais, em água, está resumida na tabela abaixo: sal água fria água quente AgCl insolúvel insolúvel NaCl solúvel solúvel PbCl2 insolúvel solúvel Baseando-se nestes dados de solubilidade, esquematize uma separação desses três sais que constituem a mistura. Resolução 1) Adição de água fria (dissolve o NaCl). 2) Filtração (AgCl e PbCl2 ficam retidos no filtro). 3) Vaporização (obtém-se o NaCl). 4) Adição de água quente (dissolve o PbCl2). 5) Filtração (separa-se o AgCl no filtro). 6) Vaporização (obtém-se o PbCl2).

ᕡ (UFM (UFMG G – MOD MODELO ELO ENEM ENEM))

ᕢ

RESOLUÇÃO: As substâncias solúveis do pó de café se dissolvem na água quenquente, processo que pode ser chamado de dissolução fracionada ou extração. As substâncias insolúveis são separadas por filtração. filtração. Resposta: D

RESOLUÇÃO: a) Três fases: solução aquosa de cloreto de sódio, areia sólida, ferro sólido. b) 1) Sepa Separação ração magnét magnética ica (obtém(obtém-se se o ferro). ferro). 2) Adiçã Adição o de água (dissolv (dissolvee o sal). 3) Filtração (a areia fica retida no filtro). filtro). 4) Vaporiza Vaporização ção (obtém-se (obtém-se o sal).

– Dur Durant antee a prepara preparação ção do popular cafezinho brasileiro, brasileiro, são utilizados alguns proceproce dimentos de separação de misturas. A alternativa que apresenta corretamente a sequência de operações utilizadas é: a) flotação e decantação b) coação e filtração c) extração e decantação d) extração e filtração

8

Tem-se uma mistura dos sólidos em pó: cloreto de sódio, dióxido de silício (areia) e ferro. a) Adici Adicionand onandoo grande quantidade quantidade de água com agitação agitação,, pede-se o número de fases do sistema resultante. b) Apres Apresente ente uma sequência sequência de processo processoss para separar a mistura dos três sólidos.

Separação dos componentes de misturas III

 1. Separação dos componentes de misturas homogêneas (soluções) Destilação. O processo que consiste em duas mudanças de estado Uma mistura homogênea (solução) não pode pode ser separada por filtração ou decantação. decantação. Tendo-se água e sal dissolvido e pro cedendo-se à filtração, fil tração, verifica-se que a água e o sal atravessam os poros do filtro. Deixando-se água salgada em repouso não ocorre a sedimentação do sal. A destilação é o processo mais importante de sepaseparação de misturas homogê homogêneas. neas. Para podermos entender melhor como ela ocorre, vamos aprender inicialmente inicialmente o que vem a ser vapovaporização, evaporação, ebulição e liquefação.

Vaporização é a passagem do estado líquido para o estado gasoso. Essa passagem pode-se dar de dois modos: Evaporação é a passagem lenta e espontânea. A roupa seca no varal porque a água evapo evapora. ra. Ebulição é a passagem do estado líquido para o gasoso com grande agitação e formação de bolhas. Cada

• Solução • Destilação simples • Destilação fracionada

substância entra em ebulição numa temperatura determinada chamada ponto de ebulição. Sob pressão de 1 atmosfera (nível do mar) a água ferve a 100°C, o álcool etílico a 78°C, o éter a 35°C, o ferro a 3000°C. O ponto de ebulição é uma propriedade específica de cada substância. O ponto de ebulição identifica as substâncias substâncias puras. Uma maneira de verificar se uma substância substância é pura é por meio do ponto de ebulição. ebulição. A água pura entra em ebulição a 100°C (ao nível do mar). Acrescentando, por exemplo, sal de cozinha à água pura, a ebulição ocorre a uma temperatura maior que 100 graus Celsius. estaLiquefação ou condensação é a passagem do estado gasoso para o estado líquido. O ponto de conden conden-sação coincide com o ponto de ebulição. Assim, o vapor d’água liquefaz a 100°C.

Destilação simples Separando um sólido dissolvido Para a separação dos componentes componentes das misturas hohomogêneas mo gêneas sólido-líquido, comumen comumente te se recorre à desdestilação simples. simples. O princípio princípio do processo processo consiste em aquecer aque cer a mistura mistura até a ebulição; ebulição; com isto, o compo compo-nente líquido separa-se do sistema sob a forma de vapor, vapor, que a seguir é resfriado, condensando-se, condensando-se, e o líquido é recolhido reco lhido em outro recipiente. recipiente. Na prática, a aparelhagem usada usa da para fazer destilação é chamada chamada de alambique. QUÍMICA

203

Destilação fracionada – Como preparar aguardente? Para a separação dos componentes das misturas hohomogêneas mo gêneas líquido-líquido, comumente se recorre à destidestilação fracionada. Aquecendo-se a mistura em um balão de destilação, os líquidos se destilam na ordem crescrescente de seus pontos de ebulição e podem ser sepaseparados. O petróleo é separado em suas frações (gasolina, óleo diesel, querosene etc.) por destilação fracionada. Considere a mistura dos líquidos A (P.E. = 35°C), B (P.E. = 78°C) e C (P.E. = 100°C). Aquecendo-se a mistura, por volta de 35°C, o líquido A ferve. A temperatura sobe muito lentamente. Quando a temperatura começa começa a susubir rapidamente, é sinal de que aca acabou bou o líquido A. O vavapor de A é liquefeito liquefeito no condensador e o líquido A é seseparado. pa rado. Por volta de 78°C, separa-se o líquido B.

Saiba mais OBTENÇÃO DO OXIGÊNIO O ar seco e não poluído tem aproximada aproximadamente mente a seguinte se guinte composição em volume: N2: 78%; O2: 21%; Ar: 0,9%; CO 2: 0,04% O dióxido de carbono e água são removidos removidos paspassando-se o ar por uma câmara de secagem contendo NaOH. O ar é então comprimido e resfriado. A seguir o ar é ainda mais resfriado por expansão após passagem por válvula estranestranguladora. A repetição desse ciclo resulta na liquefação do ar ar.. Para separar os componentes procede-se agora à destilação des tilação fracionada do ar líquido . Quando o ar líquido a – 200°C é aquecido, a pripri meira mei ra subst substância ância que entra entra em ebu ebulição é o nitrogênio nitro gênio (P.E. = – 196°C). Em seguida ferve o argônio (P.E. = – 186°C), sobrando o oxigênio praticamente puro (P.E. = – 183°C).

Destilação fracionada do petróleo. Como se obtém a gasolina? O petróleo bruto é aquecido e obrigado a subir por uma torre de fracionamento. Encontrando regiões mais frias ao longo da torre, as diferentes frações condensam e são recolhidas.

204

QUÍMICA

Liquefação fracionada Uma mistura de gases é homogênea, podendo podendo ser separada por liquefação fracionada fracionada. Resfria-se gradativamente a mistura e os gases vão se liquefazendo à medida que seus pontos p ontos de liquefação vão sendo atingidos.

2. Materi Materiais ais de labora laboratóri tórioo Bico de Bunsen É a fonte de calor mais usada em laboratório. laboratório.

Tripé de ferro Apoio para efeefetuar aqueci aquecimen mentos. tos. É usado com a tela de amianto ou triângulo de porcelana. porcelana.

Tela de amianto Suporte para as peças peças a serem aqueci aquecidas. das. A função do amianto é distri distribuir buir unifor uniforme me-mente o calor recebido do bico de Bunsen.

Becker (béquer) Serve para efetuar reações entre en tre soluções, dissolver substâncias, subs tâncias, efetuar reareações de precipitação precipitação e aquecer líquidos. Deve ser aquecido sobre a tela de amianto.

Suporte universal Utilizado em várias operações como: suporte de condensador,, sustentação de peças etc. condensador

Erlenmeyer Utilizado para realizar aquecimento aqueci mento de lí quidos, quidos, dissolução disso lução de substân substân-cias e reações reações entre entre solusoluções. Para o seu aqueciaquecimento, usar o tripé tripé com tela de amianto.

Balão de destilação Material de vidro utiliza utilizado do para vaporizar o líquido.

Anel ou argola Empregado como suporte do funil na filtração. Pinça simples Presa ao suporte para segurar várias outras peças.

Garra do condensador Usada para prender o condensador à haste haste do supor supor-te ou outras peças como os balões, erlenmeyer etc.

Condensador Utilizado na destilação para condensar os vapores do líquido.

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO QUIM1M122

(www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite

QUÍMICA

205

ᕡ

(ENEM – EXAME NACIONAL DO ENSINO MÉDIO) – Em nosso planeta, a quantidade de água está estimada em 1,36 x 10 6 trilhões de toneladas. Desse total, calcula-se que cerca de 95% são de água salgada e dos 5% restantes, quase a metade está retida nos polos e geleiras. O uso de água do mar para obtenção de água potável ainda não é realidade em larga escala. Isso porque, entre outras razões, a) o custo dos processos tecnológicos de dessalinização é muito alto. b) não se sabe como separar adequadamente os sais nela dissolvidos. c) comprometeria muito a vida aquática dos oceanos. d) a água do mar possui materiais irremovíveis. e) a água salgada do mar tem temperatura de ebulição alta. Resolução A água potável pode ser obtida a partir da água do mar por processos como a destilação e a osmose reversa, porém o custo desses processos tecnológicos de dessalinização é muito alto. Resposta: A

ᕢ

(ENEM – EXAME NACIONAL DO ENSINO MÉDIO) – Segundo o poeta Carlos Drummond de Andrade, a “água é um projeto de viver”. Nada mais correto, se levarmos em conta que toda água com que convivemos carrega, além do puro e simples H 2O, muitas outras substâncias nela dissolvidas ou em suspensão. Assim, o ciclo da água, além da própria água, também promove o transporte e a redistribuição de um grande conjunto de substâncias relacionadas à dinâmica da vida. No ciclo da água, a evaporação é um processo muito especial, já que apenas moléculas de H2O passam para o estado gasoso. Desse ponto de vista, uma das consequências da evaporação pode ser a) a formação da chuva ácida, em regiões poluídas, a partir de quantidades muito pequenas de substâncias ácidas evaporadas juntamente com a água. b) a perda de sais minerais, no solo, que são evaporados juntamente com a água. c) o aumento, nos campos irrigados, da concentração de sais minerais na água presente no solo. d) a perda, nas plantas, de substâncias indispensáveis à manutenção da vida vegetal, por meio da respiração.

ᕡ (UFRGS-RS – MODELO ENEM) – No quadro abaixo, constituído por duas colunas, aparecem alguns sistemas e os métodos de separação dos seus componentes. Identifique a associação correta.

Sistema a) Solução de glicose em água

Método de separação Filtração

b)

Álcool hidratado

Decantação

c)

Solução de NaC l em água

Decantação

d)

Petróleo

Destilação fracionada

e)

Água + óleo

Cristalização fracionada

RESOLUÇÃO: É impossível separar uma mistura homogênea (solução) por filtração e decantação. O processo de separação de uma mistura de água e óleo é feito por decantação. Resposta: D

ᕢ

Dadas as informações: I) o clorofórmio é um líquido insolúvel na água; II) o álcool é solúvel no éter; III) o líquido sulfeto de carbono dissolve o enxofre e não dissolve o carvão; IV)os gases metano e butano têm pontos de liquefação diferentes. V) água não dissolve o enxofre.

206

QUÍMICA

e) a diminuição, nos oceanos, da salinidade das camadas de água mais próximas da superfície. Resolução Como no ciclo da água apenas moléculas de H2O passam para o estado gasoso, a concentração de sais minerais na água presente no solo aumenta, uma vez que os sais não evaporam junto com a água. Resposta: C

ᕣ

(UNICAMP-SP) – Os gases nitrogênio, oxigênio e argônio, principais componentes do ar, são obtidos industrialmente através da destilação fracionada do ar liquefeito. Indique a sequência de obtenção dessas substâncias neste processo de destilação fra cionada. Justifique sua resposta. Dados: Temperaturas de ebulição a 1,0 atm Substância T(°C) argônio – 186 nitrogênio – 196 oxigênio – 183 Resolução Aquecendo ar liquefeito, o nitrogênio é o pri meiro a destilar. Em seguida vem o argônio e, em último lugar, o oxigênio.

Faça a associação seguinte, relativa à separação das respectivas misturas: ቢ Água + clorofórmio ባ Álcool + éter ቤ Enxofre + sulfeto de carbono ብ Enxofre + água ቦ Metano + butano ቧ Enxofre + carvão ቨ Ferro + carvão ( ( ( ( ( ( (

) ) ) ) ) ) )

Destilação simples Dissolução fracionada Liquefação fracionada Separação magnética Separação pelo funil de decantação Filtração Destilação fracionada

RESOLUÇÃO: (3) Destilação simples (6) Dissolução fracionada (usando sulfeto de carbono) (5) Liquefação fracionada (7) Separação magnética (1) Separação pelo funil de decantação (4) Filtração (2) Destilação fracionada O enxofre sólido se dissolve no sulfeto de carbono formando mistura homogênea (solução) e são separados por destilação si mples. Tendo-se a mistura dos gases metano e butano e abaixandose a temperatura o butano se liquefaz. Os líquidos imiscíveis água e clorofórmio são separados por decantação utilizando-se o funil de separação. Os líquidos miscíveis álcool e éter (solução) são separados por destilação fracionada.

Matéria e suas transformações – Módulos  1

 – Átomos e moléculas

 2

 – Substância e mistura

 3

 – Transformações químicas

4

 – Balanceamento de uma equação química – Método das tentativas

5

 – Fenômenos físicos e químicos

6

 – Componentes do átomo

7   – 8

Abrindo os dois frascos, os gases reagem formando cloreto de amônio sólido (névoa branca)

1

Estudo da eletrosfera

 – Elétrons nos subníveis

 Átomos e moléculas

• Átomo • Molécula • Símbolo • Fórmula

ÁGUA COM AÇÚCAR  Em um cilindro graduado (proveta) colocam-se 100 cm 3  de água. Adicionam-se 20g de açúcar e agita-se  para dissolver o açúcar. O volume da solução continua aproximadamente igual a 100 cm 3 .

Pode-se explicar por que o volume ficou praticamente o mesmo admi tindo-se que tanto a água como o  açúcar sejam formados por partículas. As partículas do açúcar ocupam os espaços existentes entre as  partículas da água. Um modelo para explicar o fenômeno consiste em adicionar areia a um reci piente cheio de feijão.

QUÍMICA

207

 1. De que são feitas as coisas?  A matéria é constituída por átomos Toda matéria é constituída por átomos. O papel que você tem em mãos, a tinta que foi usada para imprimir este caderno, o arame, seus olhos, sua pele, suas células, o ar que você respira, enfim, tudo é constituído por átomos. A teoria atômica de Dalton (1803) resume-se a dois pontos fundamentais: a descontinuidade e a divisibilidade da matéria. Tomando-se, por exemplo, um pedaço de ferro e dividindo-se o mesmo em partes cada vez menores, chegar-se-á a uma partícula que não pode mais ser dividida. Essa partícula seria o átomo de ferro, a menor partícula do ferro. Cento e dezessete tipos diferentes de átomos, que são conhecidos até hoje, constituem tudo que existe. Neste início de curso você vai entender como tudo é constituído por apenas 117 tipos diferentes de átomos. Os átomos não são visíveis. Você não enxerga um átomo isolado. O que você vê – o papel, a tinta, o arame – é formado por grupos de átomos. Se pudéssemos ir subdividindo, por exemplo, o arame, iríamos chegar a alguns tipos diferentes de átomos que o formam. Para facilitar nosso entendimento, vamos criar um modelo para os átomos. Vamos imaginar que cada átomo seja representado por uma esfera. Seriam esferas tão pequenas que não poderiam ser vistas nem com auxílio dos mais poderosos microscópios (os átomos já foram detectados usando o microscópio de varredura eletrônica). Como já dissemos, existem 117 tipos de átomos. Seriam, portanto, 117 tipos de esferas diferentes.

2. Material Material ou matéria é tudo o que ocupa lugar no espaço e tem massa. Todo material é formado por átomos. A maneira com que os átomos se agrupam, os tipos e a quantidade de átomos presentes diferenciam os materiais em três grandes grupos. Assim, basicamente, todo e qualquer material pode ser classificado como sendo um elemento químico, uma substância pura ou uma mistura.

Saiba mais O NASCIMENTO DOS ELEMENTOS O elemento mais simples, o hidrogênio, foi o primeiro a se formar, pouco depois do Big Bang que criou o universo. Foi seguido pelo hélio. Todos os elementos da Terra foram criados no coração de estrelas gigantes. Os elementos foram espalhados no espaço quando essas estrelas explodiram.

208

QUÍMICA

3. Elementos químicos  As matérias mais simples Os átomos dos elementos quí micos aparecem na natureza unidos a  outros átomos, com exceção dos ele mentos cha mados ga ses no bres  (hélio, neô nio, ar gô -  nio, crip tô nio, xe nô -  nio e ra dônio) que  ocor rem na forma  de áto mos iso la -  dos. No inte rior  des sa lâm-  pada exis tem á t o  m o s  i s o l a  d o s  do elemen-  to ar gônio.

Elemento quí mico é o material formado por um único tipo de átomo, ou seja, formado por “átomos iguais” entre si. Como temos 117 tipos de átomos diferentes, temos 117 elementos quí micos conhecidos até o momento.

4. Nome e símbolo dos elementos  A linguagem dos químicos Cada elemento químico recebe um nome e um símbolo. O símbolo é a representação gráfica e abreviada do nome do elemento . Geralmente o símbolo é retirado do nome em latim do elemento. Em princípio usa-se a primeira letra maiúscula do nome em latim para o símbolo, por exemplo O para oxigênio, do latim oxygenium, e K para o potássio, do latim kalium. Se elementos diferentes têm o nome latino começando por uma mesma letra, para distingui-los utiliza-se mais uma letra (minúscula); assim, o magnésio é Mg e o manganês, Mn. O símbolo pode representar tanto o elemento como o átomo do elemento. Podemos agora, para melhorar a diferenciação, utilizar para representar o átomo uma bolinha com o símbolo dentro.

6. Molécula de hidrogênio A ligação entre dois átomos de hidrogênio resulta na molécula de hidrogênio.

Alguns elementos e seus símbolos: H – Hidrogênio He – Hélio C – Carbono Ca – Cálcio N – Nitrogênio Na – Sódio (natrium)  S – Enxofre (sulphur)  Se – Selênio Ag – Prata (argentum)  Cl  – Cloro K – Potássio (kalium) P – Fósforo (phosphorus)  Mg – Magnésio Mn – Manganês

Aplicação O que são átomos? RESOLUÇÃO O átomo é a menor parte de um elemento químico que ainda conserva as suas propriedades químicas. Por exemplo, vamos pegar um pedaço de prata pura e vamos admitir que podemos dividi-lo até chegarmos à menor parte da prata. Aí estaríamos diante de um átomo de prata.

5. Moléculas. Os átomos raramente existem isolados

7. Molécula de oxigênio A ligação entre dois átomos de oxigênio resulta na molécula de oxigênio.

8. Molécula de água Quando se juntam dois átomos de hidrogênio com um átomo de oxigênio forma-se a molécula de água.

9. Fórmula. A representação das espécies químicas As fórmulas representam graficamente a molécula de uma substância.

Agora que já sabemos que existem mais de cem tipos de elementos químicos diferentes, vamos entender o conceito de molécula. Na maior parte da matéria os átomos não se encontram isolados, mas sim agrupados, formando moléculas. As moléculas podem ser formadas por átomos iguais ou diferentes. Quando dois ou mais átomos se juntam formam uma molécula.

Para formar moléculas, os átomos podem ser iguais ou diferentes.

Os números que aparecem na fórmula são chamados índices ou atomicidades e são números que indicam quantos átomos de cada elemento quí mico estão presentes na molécula. Quan do o índice for igual a 1, ele não precisa ser mencionado. Assim, a molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio ligados a um de oxigênio. QUÍMICA

209

Saiba mais H            — —  H N

  —

C            —

—  — 

C —H

H —C

  — —

  —

C —H

H — C—  — 

— 

C

  —

C

=

O

As fórmulas representam as moléculas. A fórmula ao lado é a da NOVOCAÍNA , substância usada como anestésico local. Sua fórmula é: C13H20N2O2.

  —

O

  —

H — C —H

Contando na fórmula átomo por átomo, você confere os índices.

  —

H — C —H H

  —

H

  —H

N

  — — 

H —C —C

  —

H

  —

           —

  —

H

H

  —

C —C —H

  —

H

  —

H

Por que a água pega o gosto dos alimentos quando está na geladeira? Apesar da aparente serenidade, dentro da sua geladeira acontece um verdadeiro baile de partículas. Cada alimento que chega perde um pouco de água. Quando esse líquido sai, carrega junto algumas moléculas da comida. Então, se um peixe fresco for colocado na geladeira, a umidade em torno dele se des prenderá e circulará pelo ambiente, levando algu-

mas moléculas de substâncias que estão no peixe. Essas moléculas se depositam sobre tudo o que estiver destampado. Por isso, a água ga nha o sabor estranho. A menos que você se pre vina. Existem produtos, feitos com carvão, que absorvem as moléculas voadoras e neutralizam os odores de geladeira. Uma boa tampa também mantém sua água sem gostos indesejados.

ᕡ

Com relação ao assunto analise as afirmações: I. De acordo com Empédocles, os mananciais e os vulcões seriam provas da existência de água e fogo no interior da Terra. II. Os princípios do amor, como fator de união, e do ódio para a divisão podem ser comparados com as forças de atração e repulsão inerentes à matéria. III. Dos quatro elementos de Empédocles, apenas o fogo é realmente um elemento químico. Estão corretas somente as afirmações: a) I b) II c) I e II d) II e III e) I, II e III Resolução I. Correta. II. Correta. III. Incorreta. Gases em temperatura elevada constituem o fogo. Resposta: C

(MODELO ENEM) Empédocles de Agrigento (492 – 432 a.C)

Político, filósofo, médico, místico e poeta grego, nascido em Aeragas, hoje Agrigento, na Sicília, cidade colonial grega, um dos notáveis defensores da teoria da constituição da matéria, um profundo teórico da evolução dos seres vivos e considerado o primeiro sanitarista da história. Substituiu a busca dos jônicos de um único princípio das coisas para interpretação do universo pelo de que “todos os fenômenos da natureza são resultados da mistura de quatro elementos: água, fogo, ar e terra”. Na sua concepção cosmológica com essas quatro substâncias, elas se uniriam sob a força de algo que os misturasse das várias formas. Para que isso ocorresse teorizou os seus dois princípios: o amor como fator de união, e o influxo do ódio para a divisão.

210

QUÍMICA

ᕢ

(MODELO ENEM) Elementos Essenciais

À medida que nosso conhecimento da bioquímica – a química dos seres vivos – aumenta, aprendemos mais e mais sobre os elementos essenciais. Esses são tão importantes para a vida que uma deficiência de qualquer um deles resulta na morte, anormalidades severas de desenvolvimento ou em doenças crônicas. Nenhum outro elemento pode substituir um elemento essencial. Apenas 11 entre todos os elementos conhecidos são elementos principais; eles predominam em todos os sistemas biológicos. Nos seres humanos, esses 11 elementos constituem 99,9% do número total dos átomos presentes, mas quatro desses elementos – C, H, N e O – constituem 99% do total. Esses são os elementos encontrados na estrutura básica de todas as moléculas bioquímicas.

Quantidades Relativas dos Elementos Essenciais no Corpo Humano Elemento Porcentagem em massa Oxigênio 65 Carbono

18

Hidrogênio

10

Nitrogênio

3

Cálcio

1,5

Fósforo

1,2

Potássio, enxofre, cloro

0,2

Sódio

0,1

Magnésio

0,05

Ferro, cobalto, cobre, zinco, iodo

< 0,05

Selênio, flúor

< 0,01

Elementos Principais 99,9% de todos os átomos

Elementos – Traço 0,1% de todos os átomos

C, H, N, O Na,Ca, P, S, Cl K, Mg

V, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn B, Si, Se, F, Br, I, As, Sn

Assinale a afirmação correta: a) Todos os elementos químicos são necessários para os sistemas biológicos. b) Os onze elementos essenciais principais representam 99,45% (porcentagem em massa) do corpo humano. c) As porcentagens elevadas de oxigênio e hidrogênio explicam o baixo teor de água no corpo humano. d) Os elementos essenciais não devem estar presentes na dieta. e) O potássio, símbolo P, está entre os onze elementos essenciais principais. Resolução Os elementos essenciais para os sistemas biológicos foram apresentados no enunciado. No corpo humano, o teor de água é elevado e o símbolo do potássio é K. Somando as porcentagens em massa dos onze elementos essenciais principais, temos:

ᕡ (MODELO ENEM)

– Quando nós queremos expressar nosso conhecimento, quando queremos contar algo que sabemos, nós utilizamos uma linguagem que aprendemos ao longo de nossa vida. Usamos, então, o que é chamado de linguagem natural – o português, no nosso caso. Usando essa linguagem que todos nós aprendemos e que todos nós conhecemos, nós nos comunicamos. Com ela, podemos transmitir nosso conhecimento, informando a alguém como chegar a algum lugar, podemos ensinar a quem não sabe a utilização do caixa automático de um banco, podemos contar para um outro nossos sonhos e nossos sentimentos. Os símbolos, as fórmulas, as tabelas, os gráficos e as relações matemáticas  que nós encontramos nos livros das  ciências são os instrumentos, são a  forma própria com que aqueles que 

65%+18%+10%+3%+1,5%+1,2%+0,2% + O C H N Ca P K

+ 0,2% + 0,2% + 0,1% + 0,05% = 99,45% S Cl Na Mg Resposta: B

ᕣ

O que respiramos? Moléculas de oxigênio ou átomos livres de oxigênio? Resolução Na natureza não são encontrados átomos livres de oxigênio. O que existe na natureza são moléculas de oxigênio. Na respiração, portanto, usamos gás oxigênio O2.

ᕤ

Os sinais da ciência É preciso levar em conta que a Física, a Biologia, a Química, enfim, todas as ciências têm formas particulares de expressar as relações que elas estabelecem entre os fatos e os fenômenos que elas estudam, assim como os resultados de suas experiências. Essas formas particulares constituem uma linguagem especial, que é utilizada para expressar o significado das relações e das transformações que estão sendo estudadas. Assinale C para elementos cujo símbolo está correto e E para errado: 1. Carbono – C ( ) 7. Magnésio – M ( ) 2. Cobalto – CO ( ) 8. Nitrogênio – N ( ) 3. Potássio (kalium) – P ( ) 9. Tungstênio (wolfrâmio) – Tu ( ) 4. Manganês – Ma ( ) 10.Cálcio – K ( ) 5. Carbono – Ca ( ) 11.Polônio – P ( ) 6. Cálcio – C ( ) 12.Xenônio – X ( ) Resolução 1. Carbono – C (C) 2. Cobalto – CO (Co) (E) 3. Potássio (kalium) – P (K) (E) 4. Manganês – Ma (Mn) (E) 5. Carbono – Ca (C) (E) 6. Cálcio – C (Ca) (E) 7. Magnésio – M (Mg) (E) 8. Nitrogênio – N (C) 9. Tungstênio ( wolfrâmio ) – Tu (W) (E) 10. Cálcio – K (Ca) (E) 11. Polônio – P (Po) (E) 12. Xenônio – X (Xe) (E)

fazem a Biologia, a Física, a Química  e outras ciências se expressam, isto é, comunicam o conhecimento que  conseguiram produzir.

Com relação a símbolos e fórmulas, assinale a alternativa falsa. a) 2N representa 2 átomos de nitrogênio. b) N2 representa 1 molécula de nitrogênio. c) 2N2 representa 2 moléculas de nitrogênio. d) 3N2 representa 3 moléculas de nitrogênio, que são formadas cada uma por 3 átomos. e) 3H2O representa 3 moléculas de água. RESOLUÇÃO: 3N2 representa 3 moléculas de nitrogênio, que são formadas cada uma por 2 átomos. Resposta: D

QUÍMICA

211

ᕢ

O que bebemos? Dois átomos de hidrogênio com um átomo de oxigênio ou moléculas de água? RESOLUÇÃO: Bebemos moléculas de água.

ᕣ

também é água?

RESOLUÇÃO: Não. A disposição dos átomos é fundamental para as propriedades das moléculas.

Substância e mistura

2

• Substância simples • Substância composta • Mistura

 1. Substância pura. Tudo que nos cerca é feito de substâncias Substância pura é o material formado por moléculas iguais entre si. Exemplos

As substâncias puras podem ser simples ou compostas.

2. Substância pura simples. Átomos de um único elemento químico Substância pura simples é formada por moléculas iguais com átomos de um único elemento quí mico.

Atomicidade é o número de átomos que constituem a molécula. Gás oxigênio (O2) tem atomicidade 2 e gás ozônio (O3) tem atomicidade 3.

212

QUÍMICA

Saiba mais FLATULÊNCIA É a acumulação desconfortável de ar ou gases no estômago ou intestinos; são eliminados pela boca ou pelo reto.

Os principais gases Nitrogênio (N2) – vem principalmente do ar deglutido Dióxido de carbono (CO 2) – vem da difusão sanguínea, da acidificação dos bicarbonatos e da pro dução bacteriana. Metano (CH4) – produzido pela degradação bacteriana de diversas substâncias. Gases responsáveis pelo odor Escatol, sulfeto de hidrogênio, metil-indol, metil-mercaptana.

3. Substância pura composta (composto)  Átomos de dois ou mais elementos químicos Substância pura composta é formada por moléculas iguais, mas com átomos de mais de um elemento químico.

Algumas representações por fórmulas e símbolos:

QUÍMICA

213

Aplicação O gelo seco é dióxido de carbono (CO2)? RESOLUÇÃO A 78°C abaixo de zero, o gás carbônico (CO2) solidifica, formando um sólido branco chamado gelo seco. Este é uma substância pura composta.

Saiba mais A molécula do óxido nítrico (NO) foi eleita a molécula do ano de 1992. Esse composto funciona como mediador da neurotransmissão. É nessa função que o óxido nítrico age como um fator de ereção do pênis em mamíferos. O composto pode ser importante também à memória e ao aprendizado.

4. Molécula – melhorando o conceito

moléculas se dispersam na água (se misturam com as moléculas da água) e não podem ser vistas, nem com os melhores instrumentos de óptica.

Átomo é a menor partícula de um elemento quí mico. Molécula é a menor partícula de uma substância pura que ainda conserva as suas propriedades químicas. Podemos ir dividindo sucessivamente uma porção de uma substância pura, de modo que cada um dos pedacinhos em que a substância pura foi dividida ainda apresente as propriedades características da porção original. Contudo, tais divisões sucessivas têm um limite: a molécula. Assim, imaginamos que cada substância pura seja formada por um determinado tipo de molécula e que substâncias diferentes sejam formadas por moléculas diferentes. Num torrãozinho de açúcar, há um número enorme de moléculas de açúcar; num copo de água pura, há um número gigantesco de outra espécie de molécula, as moléculas de água. Dissolvendo o açúcar em água, as

5. Mistura. Ar, bronze e gasolina são misturas

214

QUÍMICA

Mistura é o material formado por mais de uma espécie de molécula. Quando adicionamos a um copo com água um pouco de açúcar, temos uma mistura com duas espécies de moléculas: as moléculas de água e as moléculas de açúcar. Já vimos que os símbolos representam os elementos químicos; as fórmulas representam substâncias. As misturas são representadas pelos seus componentes (H2O + C6H12O6). Algumas misturas têm nomes particulares: Ar atmosférico: 78% em volume de N2, 21% de O2, 0,9% de argônio (Ar), 0,04% de gás carbônico (CO2) e outros gases.

Ouro 18K (quilates): mistura de 75% de ouro e 25% de cobre. Ouro 24K é o ouro puro. Bronze: mistura de cobre e estanho. Latão: mistura de cobre e zinco.

6. “Pão sem química”

O ar atmosférico é uma mistura.

Álcool 96° G.L.: 96% de álcool e 4% de água. O grau G.L. (Gay-Lussac) dá a porcentagem de álcool na mistura de álcool e água. Gasolina: mistura de compostos chamados hidrocarbonetos: C7H16 + C8H18 + C9H20 etc.

Infelizmente, no popular, a expressão “substância quí mica” passou a ter o significado equivocado de algo danoso à saúde e ao bem-estar das pessoas. Basta lembrar que o ar, os alimentos, os remédios, os próprios seres vivos são constituídos por substâncias químicas. É comum aparecerem anúncios do tipo: “Piscina sem química” “Pão sem química” “Produtos naturais sem química” Essas expressões são usadas tentando transmitir a ideia de produtos isentos de substâncias danosas à saúde, mas são totalmente incorretas. Por exemplo, na fabricação do pão entram as substâncias químicas farinha (amido), água e fermento (bicarbonato de sódio, NaHCO3).

Saiba mais CO2 E O EFEITO ESTUFA Efeito estufa é um fenômeno observado no qual CO2 e vapor d’água absorvem parte da energia irradiada pelo planeta Terra, aumentando a temperatura ambiente. Você deve estar pensando: se CO2 e vapor d’água são componentes naturais da atmosfera, o efeito estufa não é novidade nem é tão preocupante. Lembre-se, no entanto, de que a quantidade de CO2 na atmosfera é sensivelmente aumentada pela emissão desse gás por meio de queimadas, indústrias, veículos automotores etc.

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M113

ᕡ

(MODELO ENEM)

Disse um avicultor: “Os ovos que a minha  granja produz são mais saborosos e não  contêm substâncias químicas”.

Você concorda com essa afirmação? O que são alimentos sem substâncias químicas? Esse tema tem gerado muita polêmica. Com relação ao assunto analise as afirmações: I. O ovo tem proteínas, gorduras, água etc, que são substâncias químicas. II. Durante muito tempo, os alimentos foram conservados por formas simples, como a salga, a defumação, o uso de especiarias, o controle da temperatura. III. Atualmente adicionam-se aditivos nos alimentos para fazer com que estes sejam conservados, tenham boa aparência, tenham cheiro e textura agradáveis etc.

Estão corretas somente as afirmações: a) I b) I e II c) II e III d) I e II I e) I, II e III Resolução I. Correta. Portanto, não existe ovo sem substâncias químicas. II. Correta. III. Correta. Portanto, ovo sem substâncias químicas quer dizer: sem substâncias que podem nos causar problemas. Resposta: E

ᕢ

(UNIP – MODELO ENEM) – No modelo atômico de Dalton, o átomo é representado por uma bolinha; elemento quími co, por um conjunto de bolinhas iguais; molécula, grupo de bolinhas ligadas; substância pura, conjunto de moléculas iguais. O número de átomos, de elementos, de moléculas e de substâncias representados no sistema:

é respectivamente: a) 5, 5, 5, 5 b) 12, 5, 5, 3 c) 12, 3, 5, 4 d) 5, 3, 5, 4 e) 12, 12, 5, 5 Resolução Número de átomos (“bolinhas”): 12 Número de elementos: 3 Número de moléculas (grupos de átomos): 5 Número de substâncias: 4

Resposta: C

QUÍMICA

215

ᕣ

(FAEE-GO) – A sequência na qual todas as substâncias simples apresentam atomicidades diferentes entre si é: a) H2, H2O, H2O2 e O2 b) S8, Fe, O2 e P4 c) F2, Al, N2 e O3 d) CH4, CCl4, H2SO4 e HClO4 e) Na2O, NaCl, HCl e H2O

Resolução Atomicidade é o número de átomos que existe na molécula. Resposta: B

ᕡ (MODELO ENEM) – No modelo atômico de Dalton – Avo-

16) Correto. 32) Errado. São 4 componentes (4 substâncias). Soma: 02 + 04 + 16 = 22 Resposta: B

gadro, substância pura é um conjunto de moléculas iguais. Se os átomos também forem iguais, é uma substância simples; se os átomos forem diferentes, teremos uma substância pura composta. Mistura é um conjunto de moléculas diferentes. Considere o sistema abaixo e julgue os itens:

ᕢ (UNICAP-PE)

01) 02) 04) 08) 16) 32)

O número de elementos químicos no sistema é 12. O número total de átomos representados no sistema é 12. O número total de moléculas representadas no sistema é 6 . Há no sistema 5 substâncias simples. Há no sistema 1 substância composta. O sistema é uma mistura de 6 componentes.

A soma dos números dos itens corretos é: a) 15 b) 22 c) 23 d) 40 RESOLUÇÃO: 01) Errado . São 3 elementos. 02) Correto. 04) Correto. 08) Errado . São 3 substâncias simples.

3

e) 48

– As seguintes afirmativas referem-se a substâncias puras e misturas. Analise-as como certas ou erradas: C-E 0-0 A água do mar é uma substância pura. 1-1 O bronze (liga de cobre e estanho) é uma mistura. 2-2 O etanol ou álcool comum (C2H6O) é uma substância pura composta. 3-3 O gás oxigênio é uma mistura. 4-4 O ar é, principalmente, uma mistura de gás nitrogênio e gás oxigênio. RESOLUÇÃO: 0 – 0/ – Errada. 1/ – 1 – Certa. 2/ – 2 – Certa. 3 – 3/ – Errada. 4/ – 4 – Certa.

Transformações químicas

• Reação • Equação • Coeficiente

 1. Água – não é mistura de hidrogênio e oxigênio! Gás hidrogênio (H2) é substância simples (átomos de um único elemento); gás oxigênio, também é substância simples; água é substância composta (átomos de mais de um elemento).

216

QUÍMICA

2. A fantástica transformação de gás hidrogênio e gás oxigênio em água Reação química é a transformação de uma ou mais substâncias em novas substâncias. Seja o seguinte sistema:

Saiba mais O hidrogênio é o combustível do futuro. A combustão de um quilograma de H2 libera uma quantidade de calor cerca de três vezes maior do que a liberada na combustão de um quilograma de gasolina com 20% de etanol. É chamado de combustível do futuro, pois atualmente não existe uma forma econômica de obter o hidrogênio a partir da água.

Sabemos que ele constitui uma mistura, pois há duas espécies de moléculas no sistema. Fazendo-se saltar uma faísca elétrica dentro do sistema, ocorrerá uma reação química entre os dois gases.

H 2 (g) + O 2 (g) → H 2 O( l)    O gás oxigênio e o gás hidrogênio foram inteiramente consumidos (“desapareceram”) após a reação química e deram origem à água. Esta reação é uma reação de combustão, pois o gás hidrogênio queima na presença do gás oxigênio. Temos:

A equação acima está incompleta, pois mostra apenas as fórmulas das substâncias iniciais e finais. Falta indicar ainda a conservação do número de átomos, conforme veremos a seguir: 2 H 2 (g) + 1 O 2 (g) 

2 H2 O ( l ) 

equação química 

Os números assinalados, 2, 1 e 2, são os coeficientes da equação e se tornam necessários para que se iguale o número de átomos de cada elemento quí mico em ambos os membros da equação química. O coeficiente 1 costuma não ser indicado:

2H 2  + O 2  → 2H 2 O 

4. Rearranjo dos átomos numa reação química Notar que, para ocorrer uma reação química, é preciso desfazer as moléculas dos reagentes e dispor seus átomos segundo um novo arranjo (formação de novas espécies de moléculas). Então, vemos que da reação resultou uma nova substância com propriedades completamente diferentes das dos reagentes.

3. Equação química – a representação gráfica de uma reação química Toda reação química pode ser representada por uma equação química. QUÍMICA

217

Desta forma, alterar a natureza da substância equivale a dizer: modificar a molécula da substância.

5. Coeficiente e índice Uma molécula de nitrogênio gasoso, contendo dois átomos de nitrogênio por molécula, reage com três moléculas de hidrogênio diatômico, gasoso, produzindo duas moléculas de amônia gasosa, a qual é formada por três átomos de hidrogênio e um de nitrogênio.

Para a reação de formação da água, temos: 2H2 :

1O2

: 2H2O

2000 H2 : 1000 O2 : 2000H2O Observe o sistema:

Três moléculas de oxigênio (3O2) não reagiram, devido à falta de moléculas de hidrogênio.

6H 2  + 6O 2  → 6H 2 O + 3O 2  Na equação química escrevemos apenas as moléculas que efetivamente reagiram. Equação química

N 2 + 3H 2  → 2NH 3  Tomando a reação acima como referencial, vamos fazer a diferença entre os termos coeficiente e índice. Pegue-se, por exemplo, a amônia (NH3), da maneira como ela está escrita:

6H 2  + 3O 2  → 6H 2 O  6 : 3 : 6 = 2 : 1 : 2  Utilizando os menores números inteiros como coeficientes, temos:

2H 2  + 1O 2  → 2H 2 O 

7. Fotossíntese – a reação que é o pulmão do mundo • A representação indica que temos duas moléculas de NH3. Essa quantidade é determinada pelo coeficiente. • A representação indica que em uma molécula de amônia há um átomo de nitrogênio e três átomos de hidrogênio. Essas quantidades são determinadas pelos índices. • Ao todo, podemos dizer que a representação indica a existência de duas moléculas de amônia e oito átomos, sendo seis de hidrogênio e dois de nitrogênio.

6. Coeficientes – proporção entre números de moléculas Os coeficientes fornecem a proporção entre os números de moléculas que reagem e os números de moléculas que se formam, utilizando os menores números inteiros possível.

218

QUÍMICA

A quantidade de gás carbônico (CO2) na atmosfera é controlada por vários processos, destacando-se o efetuado pelas plantas superiores, algumas algas e bactérias, por meio da fotossíntese. Através de poros existentes nas folhas chamados estômatos, o CO2 atmosférico se difunde para o interior da planta e atinge organelas chamadas cloroplastos. Por meio da clorofila, pigmento de estrutura complexa, ocorre a absorção de energia luminosa. A fotossíntese é, portanto, um processo endotérmico. Retirando o dióxido de carbono do ar e a água do solo, as plantas combinam essas substâncias para formar carboidratos (açúcares). Clorofila, a luz do sol e enzimas (proteínas que aceleram a reação) são necessárias. O que é extremamente importante é o fato de a fotossíntese produzir gás oxigênio (O2), renovando, assim, o suprimento vital dessa substância.

A equação química da fotossíntese

6CO 2 

+

6H 2 O 

luz do sol  clorofila  enzima

 ⎯⎯⎯⎯⎯→

C 6 H 12 O 6  glicose  

+

6O 2 

8. O reverso da fotossíntese – açúcar vira energia Os seres vivos oxidam (queimam) carboidratos para produzir dióxido de carbono, água e energia.

C 6 H 12 O 6  + 6O 2  → 6CO 2 + 6H 2 O + energia  Assim, existe um ciclo na natureza. Durante o metabolismo, as plantas e os animais retiram O2 do ar e liberam CO2. Na fotossíntese, as plantas retiram CO2 do ar e liberam O2. As plantas armazenam energia solar nos carboidratos (a fotossíntese é endotérmica, absorve energia). No metabolismo desses carboidratos, a mesma quantidade de energia é liberada (o processo é exotérmico, libera energia).

(ENCCEJA – Exame Nacional de Certificação de Competências de Jovens e Adultos – MODELO ENEM) Texto para as questões 1 e 2. Um pesquisador colocou óxido de cobre puro (CuO), um pó preto, para reagir com carvão (C), também um pó preto, num sistema fechado (não há perda de massa), tendo obtido cobre metálico (Cu), vermelho brilhante e dióxido de carbono (CO 2), um gás incolor. Utilizando uma balança, determinou a massa no ponto inicial e final do experimento. Obtendo os dados, organizou as informações e anotou: Reagentes → produtos óxido de cobre + carvão → cobre + dióxido e carbono ponto inicial

30,0g

ponto final

nada

ᕡ

+ 2,4g nada

→

nada 24,0g +

nada 8,4g

A única afirmação falsa é: a) Ocorreu uma transformação química evidenciada por uma mudança de cor e desprendimento de gás. b) Verifica-se que a massa dos reagentes é igual à massa dos produtos. c) Os reagentes são CuO e C. d) Os produtos são Cu e CO2. e) A equação da reação química é: CuO(s) + C(s) → Cu(s) + CO2(g) Resolução A equação da reação química não está balanceada. Os átomos devem ser conservados. A equação química correta é:

2CuO(s) +C(s) → 2Cu(s) + CO2(g) Resposta: E

ᕢ

Com relação à reação química entre o óxido de cobre e o carvão pode se afirmar que a) Há uma única substância simples participando na reação. b) Há três substâncias compostas participando da reação. c) Comparando os produtos com os reagentes, pode-se dizer que os elementos químicos foram alterados duante a transformação. d) Comparando os produtos com os reagentes, pode-se dizer que as substâncias químicas não foram alteradas durante a transformação. e) A massa no ponto inicial é igual à massa no ponto final porque o número de átomos ficou constante. Resolução a) Incorreta. Substâncias simples: C e Cu b) Incorreta. Substâncias compostas: CuO e CO2 c) Incorreta. Reação química é um rearranjo de átomos. Os elementos químicos são os mesmos. d) Incorreta. As substâncias químicas foram alteradas, pois as propriedades mudaram. e) Correta. Os átomos são conservados.

Resposta: E

QUÍMICA

219

ᕣ

(FAEE-ANÁPOLIS-GO – MODELO ENEM) – A representação mais correta, por modelos de bolas, da reação entre 1 molécula de hidrogênio (H2) e 1 molécula de cloro (C l2) produzindo 2 moléculas de cloreto de hidrogênio (HC l) é:

Resolução H

H

+

Cl

Cl

→

H

Cl

+

H

Cl

Resposta: B

ᕡ (MODELO ENEM) – Em uma transformação química ocor-

re alteração na natureza das substâncias com a formação de novas substâncias. Os gases não tóxicos N2 e O2 reagem formando o gás tóxico NO.

Escrever uma equação balanceada para a reação química citada. RESOLUÇÃO: CH4 + 4Cl 2 CCl 4 + 4HCl 

Escrever a equação química para a reação esquematizada:

ᕣ

As transformações químicas são aquelas que produzem novos materiais. Escrever uma equação química para a reação de formação do gás ozônio a partir do gás oxigênio. a) N + O → NO

b) N2 + O2 → NO

c) N2 + O2 → 2NO

d) N2 + O2 → N2O2

e) 2N2 + 2O2 → N4O4 RESOLUÇÃO: 2N2 + 2O2 4NO Simplificando: N2 + O2 2NO Resposta: C RESOLUÇÃO: Fórmula do gás oxigênio: O2 Fórmula do gás ozônio: O3 Os coeficientes fornecem proporção entre os números de moléculas: 3O2 2O3

ᕢ

O metano (CH4) reage com cloro (C l2) formando tetracloreto de carbono (CC l4) e cloreto de hidrogênio (HC l) de acordo com o esquema:

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M114

220

QUÍMICA

4

Balanceamento de uma equação química – Método das tentativas

 1. Acerto de equações químicas Em uma reação química ocorre uma conservação dos átomos, isto é, o número de átomos de cada elemento nos reagentes deve ser o mesmo nos produtos. Uma reação química é um rearranjo dos átomos. Exemplo

• Equação • Coeficientes • Balanceamento

Aplicação 2HCl é igual a H2Cl2? RESOLUÇÃO Não! 2HCl → 2 moléculas, cada uma constituída por 1 átomo de H e 1 átomo de C l. H2Cl2 – 1 molécula formada por 2 átomos de H e 2 átomos de Cl. Essa molécula não existe. A indicação 2HCl é bem diferente de H2Cl2. No balanceamento de uma equação, geralmente se  usam os menores números inteiros possível.

Uma equação química está acertada, ou balanceada, ou equilibrada quando o número de átomos de cada elemento nos reagentes for igual ao número de átomos desse elemento nos produtos.

Í N DICE E  C OEFICIENTE  O índice que aparece na fórmula da subs tância indica  o nú mero de átomos do ele mento que participa da  cons tituição da molécula.

Exemplo  H 2  – molécula constituída por 2 átomos de H. O coeficiente fornece o número de molé culas.

Exemplo  3H 2  → 3 moléculas, cada uma constituída por 2 áto -  mos de H.

2H 2 + 1O 2  → 2H 2 O   Conclusão Importante  No momento de acertar os coeficientes, não altere as fórmulas das substâncias nem modifique os índices.

Aplicação O metano, CH4, é o principal componente do gás natural. A sua combustão fornece gás carbônico (CO2) e água. A representação da reação usando o modelo de Dalton é:

Em uma equação química são escritos: a) as fórmulas dos reagentes e produtos. b) os coeficientes de acerto. Os coeficientes indicam a proporção entre os números de moléculas das substâncias participantes da reação. No exemplo mencionado, os coeficientes são 1, 1 e 2. Para cada molécula de H2, é consumida uma molécula de Cl2, para formar duas moléculas de HCl. Se tivermos 1000 moléculas de H2, serão consumidas 1000 moléculas de Cl2, para formar 2000 moléculas de HCl. Os coeficientes unitários podem ser omitidos.

1H 2  + 1C l2    → 2HC l  ou H 2  + C l2    → 2HC l 

Escrever a equação química balanceada da combustão do metano. RESOLUÇÃO 1CH4 + 2O2 → 1CO2 + 2H2O ou CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

QUÍMICA

221

2. Método das tentativas Quando a equação é relativamente simples, ela pode ser balanceada pelo método das tentativas, que se baseia na igualdade entre o número de átomos nos reagentes e nos produtos. Para balancear uma equação pelo método das tentativas, aplique as regras: – Arbitrariamente dar o coeficiente 1 (um) para a fórmula de maior atomicidade (número de átomos). Continuar o balanceamento, considerando a conservação dos átomos. – Igualar os átomos dos metais. – Igualar os átomos dos não-metais. – Igualar os átomos de hidrogênio. – Igualar os átomos de oxigênio. 1.o Exemplo Balancear a equação:

H 2 SO 4  + Al (OH) 3  → Al 2 (SO 4 ) 3  + H 2 O 

2.o Exemplo Balancear a equação:

Al  + O 2  → Al 2 O 3  Sequência:

Al  + O 2  2Al  + O 2  2Al  + 1,5O 2 

→ → →

1Al 2 O 3  1Al 2 O 3  1Al 2 O 3 

Multiplicar por 2 para eliminar o coeficiente fracionário:

4Al  + 3O 2  → 2Al 2 O 3  3.o Exemplo Balancear a equação:

FeS 2  + O 2  → Fe 2 O 3  + SO 2 

Dar o coeficiente 1 para Al2 (SO4)3.

Sequência:

H 2 SO 4  + A l (OH) 3  → 1Al 2 (SO 4 ) 3  + H 2 O 

FeS 2  + O 2  → 1Fe 2 O 3  + SO 2  2FeS 2  + O 2  → 1Fe 2 O 3  + SO 2 

Igualar os átomos de Al. Nos produtos há 2 átomos de Al. Portanto, o coeficiente do Al(OH)3 é 2.

H 2 SO 4  + 2Al (OH) 3  → 1Al 2 (SO 4 ) 3  + H 2 O  Igualar os átomos de enxofre (S). No produto há 3 átomos de S. Logo, o coeficiente do H2SO4 é 3.

3H 2 SO 4  + 2Al (OH) 3  → 1Al 2 (SO 4 ) 3  + H 2 O  Igualar os átomos de H ou O. Nos reagentes há 12 átomos de H. Logo, o coeficiente da água é 6.

3H 2 SO 4  + 2Al (OH) 3  → 1Al 2 (SO 4 ) 3  + 6H 2 O 

ᕡ

(VESTIBULINHO ETEC – MODELO ENEM) – O magnésio sólido, quando queimado, libera uma intensa luminosidade semelhante à de uma solda elétrica. Em lâmpadas descartáveis de flash fotográfico, a luminosidade provém da reação de combustão do magnésio. Essa reação é expressa, a seguir, pela equação nãobalanceada em que X, Y e Z representam os menores coeficientes inteiros que possibilitam o balanceamento dessa equação. X Mg(s) + Y O2(g) → Z MgO(s) Logo, o valor de X + Y + Z é a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5. Resolução Observe a sequência: Mg(s) + 1O2(g) → MgO(s) Mg(s) + 1O2(g) → 2MgO(s) 2Mg(s) + 1O2(g) → 2MgO(s)

222

QUÍMICA

2FeS 2  + O 2 

1Fe 2 O 3  + 4SO 2 

2FeS 2  + 11/2O 2  → 1Fe 2 O 3  + 4SO 2  Multiplicar por 2 para eliminar o coeficiente fracionário:

4FeS 2  + 11O 2  → 2Fe 2 O 3  + 8SO 2 

X+Y+Z=2+1+2=5 Resposta: E

ᕢ

→

(SARESP – MODELO ENEM) – Diferenciar substâncias simples e compostas e selecionar modelos explicativos que permitam diferenciá-las é um dos objetivos da Química. O modelo que representa satisfatoriamente a síntese de uma substância composta a partir de duas substâncias simples é: a) ᭝᭝ + ᭺ → ᭝᭺᭝ b) ᭝᭝ + ᭺ → ᭝᭺ + ᭝ c) ᭝᭺ + ᭝᭺ → ᭝᭺᭺᭝ d) ᭝᭺ + ᭺ → ᭺᭝᭺ Resolução Substância simples é formada por átomos de um único elemento químico. Substância composta é formada por átomos de dois ou mais elementos químicos. Reação de síntese é toda reação na qual existe

mais de um reagente e um único produto. Resposta: A

ᕣ

É importante saber acertar os coeficientes. Treine com as equações abaixo. Algumas, mais complicadas, já apresentam dois coeficientes. 1) Zn + HCl → ZnCl2 + H2 2) HCl + Ba(OH)2 → BaCl2 + H2O 3) H2SO4 + NaOH → Na2SO4 + H2O 4) 1H3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + H2O 5) AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3 6) H2 + O2 → H2O 7) 2 NO + O2 → NO2 8) 3 Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO + H2O 9) HCl + 2KMnO4 KCl + MnCl2 + 5Cl2 + H2O →

→

10) 3Cl 2 + 6NaOH → NaCl + NaClO3 + H2O 11) 1K2Cr2O7 +14HBr KBr +CrBr3 +Br2 + H2O 12) 1MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O Resolução Confira os coeficientes: 1) 1,2 → 1,1 2) 2,1 → 1,2 3) 1,2 → 1,2 →

4) 1,3 → 1,3 5) 1,1 → 1,1 6) 2,1 → 2 7) 2,1 → 2 8) 3,8 → 3,2,4 9) 16,2 → 2,2,5,8 10) 3,6 → 5,1,3 11) 1,14 → 2, 2, 3, 7 12) 1,4 → 1,1,2

ᕡ (FUVEST-SP – MODELO ENEM) – Hidrogênio reage com

nitrogênio formando amônia. A equação não balanceada que representa essa transformação é: H2(g) + N 2(g) → NH3(g) Outra maneira de escrever essa equação química, mas agora balanceando-a e representando as moléculas dos três gases, é:

ᕣ

Suponhamos que 100 moléculas de hidrogênio são postas a reagir com 100 moléculas de oxigênio. Quantas moléculas de água serão formadas? Resolução Formam-se 100 moléculas de água e sobram 50 moléculas de oxigênio. 2H2 + 1O2  ⎯→ 2H2O 100 moléculas – 50 moléculas – 100 moléculas

ᕢ (UNEB-BA)

– A soma dos coeficientes mínimos da equação balanceada é: Al(s) + H 2O(l) → Al2O3(s) + H 2(g) a) 5 b) 6 c) 8 d) 9 e) 10 RESOLUÇÃO: Siga a sequência: Al  + H2O

1Al 2O3 + H2

2Al  + H2O

1Al 2O3 + H2

2Al + 3H2O

1Al 2O3 + H2

2Al  + 3H2O

1Al 2O3 + 3H2

Soma dos coeficientes: 2 + 3 + 1 + 3 = 9 Resposta: D

RESOLUÇÃO: A equação química balanceada da reação citada é: 3H2 + 3 moléculas

N2 1 molécula

2NH3 2 moléculas

Resposta: B

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M115 QUÍMICA

223

Fenômenos físicos e químicos

5

 1. Fenômeno – mudança, transformação, alteração Fenômeno é qualquer mudança que ocorre num determinado sistema (parte do universo submetida à observação). A mudança de posição da pedra é um fenômeno.

• Fenômenos físico e químico • Reação química

Contudo, tal classificação não é absolutamente rigorosa, pois há mudanças que apresentam certas características de fenômeno físico e certas características de fenômeno químico, não admitindo, portanto, uma divisão nítida.

3. Fenômeno físico – não produz substâncias diferentes das originais Fenômeno físico é aquele que não altera a na tureza do material que sofre a transformação.

É comum confundir o fenômeno com o material que sofre o fenômeno. Para não cometer tal erro basta considerar fenômeno como sinônimo de transformação, mudança, passagem. Observe os fenômenos: a) O nascimento de um boi com duas cabeças. b) A passagem de um cometa próximo da Terra. c) A combustão do açúcar. d) A dissolução do sal em água. Boi, cometa, açúcar, sal não são fenômenos.

2. Classificação dos fenômenos Por conveniência de ordem didática, costumam-se classificar os fenômenos em dois grupos: – fenômenos físicos; – fenômenos químicos.

224

QUÍMICA

Toda mudança de estado de agregação é um fenômeno físico: fusão, ebulição, liquefação etc. São fenômenos físicos o amassamento de uma lata, a mudança de posição de uma bola, a passagem de uma corrente elétrica por um fio de cobre etc. Observe-se a queda de um copo de vidro. Pode-se verificar que, após a queda, apesar de o copo ter se quebrado, ainda o material é vidro. Esta transformação não origina novas substâncias de propriedades diferentes da original. A este tipo de transformação damos o nome de FENÔMENO FÍSICO . Observe nas mudanças de estado do bromo (Br2) que nos três estados físicos as moléculas são as mesmas, não ocorrendo alteração na natureza do material.

4. Fenômeno químico (reação química) – produz substâncias diferentes das originais Fenômeno químico é aquele que altera a natureza do material que sofre a transformação. O material (ou materiais) do estado inicial “desaparece” e no seu lugar surge pelo menos uma nova substância. São fenômenos químicos: combustão da gasolina, destruição da camada de ozônio, formação da chuva ácida, apodrecimento de frutas, enferrujamento de um prego etc. Tome um pedaço de papel e queime-o. Podemos observar o desprendimento de fumaça e a formação de material negro residual. Ao queimar-se, o papel transforma-se em gases e em um sólido escuro, material bem diferente do inicial. A este tipo de transformação damos o nome de FENÔMENO QUÍMICO. A transformação do ferro (metal cinzento) em ferru gem (material totalmente diferente) é uma transformação química.

O enferrujamento é uma reação química.

A Química estuda principalmente os fenômenos quí micos, que são denominados reações químicas.

Química é a ciência que estuda a composição e as  propriedades das substâncias e suas trans -  formações em outras substâncias. Quando um relâmpago risca o céu, nitrogênio (N2) e oxigênio (O2) do ar combinam-se para formar uma nova substância, chamada monóxido de nitrogênio (NO). Utilizando a energia da luz, as plantas convertem dióxido de carbono (CO2) e água em carboidratos e oxigênio (processo da fotossíntese). Dentro de nossas células, reações químicas quebram os carboidratos em substâncias mais simples, liberando energia para o movimento, crescimento e manutenção de nossos corpos. Todas essas reações e mais um número imenso de outras reações químicas são estudadas na Química.

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO (www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite QUIM1M116

Fenômenos físicos e químicos 1. Sublimação do iodo Fenômenos físicos são aqueles que não alteram a natureza do material. As mudanças de estado físico (fusão, solidificação, vaporização, liquefação, sublimação) são fenômenos físicos. Sublimação é a passagem do estado sólido para o estado gasoso. Exemplos de substâncias que sublimam: iodo, nafta lina, gelo seco (CO 2 sólido). Exemplo Sublimação do iodo Adicione pequena quantidade de iodo no erlenmeyer. Tampe com o vidro de relógio, colocando um pouco de água sobre este último. Aqueça o erlenmeyer usando a tela de amianto. O iodo sublima dando um vapor violeta que cristaliza nas paredes do erlenmeyer e no vidro de relógio. I2(s)  ⎯→ I2(g) Δ

QUÍMICA

225

2. Fenômenos químicos São aqueles que alteram a natureza do material. As substâncias sofrem transformação produzindo novas substâncias com propriedades específicas diferentes. Os fenômenos quí micos são chamados de reações químicas. Vamos analisar dois tipos de reações químicas: reações de síntese e reações de análise. 3. Reação de síntese Temos mais de um reagente e um único produto R1 + R2 + ... → P

Exemplo Combustão de magnésio Segure uma pequena tira de magnésio com uma pinça metálica e aqueça, diretamente, na parte superior da chama até que ocorra uma luminosidade. Coloque a vela ou lamparina em cima de um azulejo. Ocorre a reação de síntese: 2Mg + O2 → 2MgO (pó branco)

Faça um montinho de (NH 4)2Cr2O7 (dicromato de amônio) no centro de um azulejo. Aqueça um pedaço de fita de mag nésio na chama de uma lamparina. Quando o magnésio começar a queimar, coloque-o rapidamente sobre o sal. Ocorre a reação de análise: (NH4)2Cr2O7 (s) → N2(g) + 4H2O(g) + Cr 2O3(s) O Cr2O3 formado é verde, e o mesmo se expande devido à formação de N2 e vapor de água. Exercícios: 1. Uma bolinha de naftalina, colocada em um armário, tem o seu tamanho diminuído com o decorrer do tempo devido ao fenômeno da: a) vaporização b) fusão c) liquefação d) combustão e) sublimação RESOLUÇÃO: Sublimação é a passagem do estado sólido para o estado ga -  soso.

Resposta: E  2. Classificar as reações químicas, determinando os coeficientes: a) x KC lO3  ⎯→ y KCl + z O 2 Δ

b) x N 2 + y H 2  ⎯→ z NH3

4. Reação de análise (decomposição) Temos um único reagente e mais de um produto: R → P1 + P2 + ...

Δ

b) Síntese  1N 2 + 3H 2 → 2NH 3 

Exemplo Vulcão químico

ᕡ

(UnB-PAS-DF – MODELO ENEM) – O quí mico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) revolucionou o estudo da Quí mica e exerceu destacado papel na sociedade de sua época, enfatizando a importância do conhecimento quí mico e de suas aplicações. Uma das mais surpreendentes constatações experimentais de Lavoisier foi que a água é uma substância passível de ser decomposta, o que se acreditava impossível. Com o auxílio das informações contidas no enunciado, julgue os itens a seguir. 1) Até a apresentação do estudo sobre a água, realizado por Lavoisier, imaginavase ser a água uma substância simples. 2) O conhecimento químico representa o avanço da Ciência, a qual permite descobrir a verdade acerca dos fenômenos, fornecendo as certezas a respeito do como e do porquê dos fatos observados.

226

QUÍMICA

RESOLUÇÃO: a) Análise ou decomposição  2KClO 3  ⎯→ 2KC l + 3O 2 

3)

A constatação experimental de Lavoisier refere-se à evidência de uma transformação quí mica, na qual houve a separação física de duas substâncias. Está correto o que se afirma em: a) apenas 1 b) apenas 2 c) apenas 3 d) apenas 1 e 3 e) apenas 1 e 2 Resolução (1) Correto. (2) Errado. A Ciência não fornece as certezas. (3) Errado. Separação é fenômeno físico. Resposta: A

ᕢ

(COLTEC-UFMG – MODELO ENEM) – O uso de materiais plásticos vem crescendo a cada ano. Um dos problemas ambientais relacionados ao uso de plásticos é a sua lenta degradação na natureza. O processo que favorece a degradação dos plásticos no ambiente é uma

a) dissolução. b) transformação física. c) mudança de fase. d) reação química Resolução A degradação dos plásticos envolve reação química, pois os plásticos se transformam em outros materiais. Resposta: D

ᕣ

(UNESP) – Indicar qual das alternativas abaixo corresponde a um processo químico: a) vaporização da água b) fusão de uma lâmina de prata c) atração de uma agulha por um ímã d) “desaparecimento” de um cubo de gelo em água e) escurecimento de uma colher de prata Resolução Quando a prata escurece, forma-se um novo material, que é preto. Resposta: E

ᕡ (MODELO ENEM) – Em uma transformação química (ou fenômeno químico) ocorre alteração na natureza das substâncias, com a formação de novas substâncias. Tendo-se as se guintes transformações: I. queima do carvão. II. escurecimento da prata. III. imantação do ferro. IV. explosão da pólvora. V. ebulição da água. VI. fusão da gordura. são fenômenos químicos: a) todos b) II, V e VI d) I, III e IV e) I, IV e VI

ᕢ

Coloque F (físico) ou Q (químico) nos fenômenos a seguir:

I) II) III) IV)

Oxidação do ferro (formação da ferrugem) Queima de papel Passagem de corrente elétrica por um fio Derretimento da manteiga

( ( ( (

) ) ) )

RESOLUÇÃO: I) Químico. II) Químico. III) Físico. IV) Físico.

c) I, II e IV

RESOLUÇÃO: I) Químico – aparece um gás com propriedades diferentes das do carvão inicial. II) Químico – aparece um material escuro diferente da prata. III) Físico – não aparece novo material. IV) Químico – o material final é totalmente diferente do inicial. V) Físico – mudança de estado físico. VI) Físico – mudança de estado físico. Resposta: C

6

Componentes do átomo

• Próton, nêutron, elétron • Número atômico (Z) • Número de massa (A) • Elemento químico

O ÁTOMO PODE SER VISTO  O microscópio eletrônico de varredura por tune la mento  rendeu o Prêmio Nobel de Física, em 1986, aos seus  inventores, Gerd Binnig (alemão) e Heinrich Rohrer (suíço). O  funcionamento do mi croscópio lembra a agulha de um toca-  discos. Uma agulha de tungs tênio corre sobre a superfície  que está sendo estudada, sem, no entanto, encostar na  amostra. A agulha fica separada da amostra por uma distância  de apenas 1 mi lionésimo de milímetro. Quando a agulha  encontra em seu ca minho uma ele vação, que pode ser o topo  de um átomo, o elétron salta da agu lha para essa ele vação, gerando uma corrente elétrica que aparece co mo um ponto  luminoso na tela do microscópio. O au mento conseguido che -  ga a 100 mi lhões (10 8 ) de vezes, apare cendo o átomo com um diâmetro de aproxi mada mente 1 centímetro.

Esquema do  mi cros cópio de  var redura por  tune la mento eletrô ni co.

Detalhe do  es quema ao lado.

Imagem da posição de átomos individuais na superfície  de um cristal de grafita, obtida por meio do microscópio  de varredura por tu nela mento eletrônico. As dimensões  estão dadas em nanômetros (1 na nômetro = 10 –9 metro).

QUÍMICA

227

 1. Estrutura atômica da matéria Os filósofos gregos Demócrito e Leucipo, cerca de 2400 anos atrás, já postulavam que os objetos visíveis se compunham de minúsculas partículas, as quais chamaram de átomos, pois supunham essas partículas indivisíveis. Uma sucessão de experiências notáveis (experiências de Faraday sobre eletrólise; a descoberta da radioatividade; experiências em tubos de gases) levou os cientistas a supor que o átomo é divisível, sendo constituído de uma parte central, o núcleo, existindo, ao redor, os elétrons, que constituem a coroa ou eletrosfera.

Os elétrons são partículas dotadas de carga elétrica negativa. No núcleo existem os prótons, partículas positivas, e os nêutrons, sem carga elétrica. Essas três partículas são chamadas de partículas fundamentais.

D E SCOBERTA DAS PARTÍCULAS FUNDAMEN TAIS  1) Elétron – descoberto em 1897 por Thom son ao  analisar o fenômeno que ocor re em um tubo se -  melhante ao da lâmpada fluorescente. 2) Descobrimento do núcleo atômico por Ruther -  ford em 1911. 3) 1919 – identificação do próton por Rutherford. Sua existência já tinha sido postulada em 1911. 4) 1931 – descoberta do nêutron por Chad wick.

2. Massas das partículas fundamentais A massa do próton e a do nêutron são aproximadamente iguais. A massa do próton é cerca de 1840 vezes maior que a do elétron. Observação: Costuma-se usar a palavra núcleon para designar indiferentemente o próton e o nêutron. Conclusão: Em termos de massa, o que importa, no átomo, é realmente o núcleo, porque contém os núcleons, que são mais pesados. A massa do elétron é praticamente desprezível quando comparada à dos núcleons (aproximadamente 1840 vezes menor).

228

QUÍMICA

3. Dimensões do átomo e do núcleo Admitem-se os seguintes valores para os diâmetros do átomo e do núcleo:

m(a) = 10 –8  cm = 1Å (ångström)  m(n) = 10 –12  cm  em que ∅m(a) e ∅m(n) indicam, respectivamente, os diâmetros médios do átomo e do núcleo.

F R AÇÕES DO METRO  1) milímetro, mm = 10 –3 m  2) micrômetro, µm = 10 –6 m  3) nanômetro, nm = 10 –9 m  4) ångström, Å = 10 –10 m  5) picômetro, pm = 10 –12 m  6) femtômetro, fm = 10 –15 m  Portanto, o diâmetro do átomo é da ordem de 10 000 vezes maior que o do núcleo. Como comparação, se o diâmetro do núcleo tivesse 1cm, o diâmetro da eletrosfera seria de 100m. Se o átomo tivesse as dimensões do está dio do Morumbi (São Paulo), o núcleo teria o tamanho de uma azeitona.

4. Relação entre número de prótons e elétrons Quando o átomo está no estado isolado (livre da influência de fatores externos), o número de prótons (np) é sempre igual ao número de elétrons (ne).

n p  = n e  O número de prótons e o número de nêutrons podem ser iguais ou diferentes.

5. Carga elétrica das partículas fundamentais Como as cargas elétricas das partículas fundamentais são muito pequenas, criou-se uma escala relativa, tomando a carga do próton como unitária e atribuindo-lhe o valor de 1 u.e.c., isto é, uma unidade elementar de carga elétrica. Observações • Por serem numericamente iguais, as cargas do elétron e do próton passarão a ser representadas por e, usando-se +e para o próton e –e para o elétron. • No estado isolado, o átomo é um sistema eletricamente neutro, porque o núcleo atômico (prótons) tem carga numericamente igual à da eletrosfera (elétrons), mas de sinal oposto, e estas cargas se neutralizam.

A = N + Z  Exemplo O átomo de sódio apresenta 11 prótons e 12 nêutrons no seu núcleo. Logo,

Z = 11; A = 11 + 12 = 23  Representação

O átomo de lítio: 3 pró tons, 4 nêutrons e 3 elé trons. O núcleo é positivo, a eletrosfera é negativa, mas o áto mo é um sistema ele tri camente neutro.

6. Número atômico (Z) e número de massa (A) O número atômico (Z) de um átomo, por definição, é o número de prótons existentes no seu núcleo; Z representa, portanto, a carga nuclear relativa e caracteriza perfeitamente cada tipo de átomo.

átomo de lítio: Z = 3  átomo de sódio: Z = 11 átomo de cloro: Z = 17  Atualmente, o número atômico Z é colocado à esquerda como subíndice do símbolo que designa o átomo (convenção internacional). 3 Li, 11Na,

17 C l 

O número de massa (A) de um átomo é a soma do número de prótons e de nêutrons do núcleo desse átomo. Sendo N o número de nêutrons, temos:

número atômico 

7. Elemento químico – átomos de mesmo Z Elemento químico é um conjunto de átomos de mesmo número atômico (Z). Assim, o conjunto de todos os átomos de número atômico 11 (11 prótons) é o elemento químico sódio. Os químicos descobriram, até o momento, 117 elementos químicos, dos quais 90 são naturais e os restantes, artificiais. Os elementos conhecidos têm números atômicos de 1 a 116 e 118. Verifica-se que há uma correspondência entre o conjunto dos elementos químicos e o conjunto dos números atômicos.

elemento químico 

8x A tem 22 nêutrons. DetermiO átomo 3x+3 nar o seu número atômico. Resolução A=Z+N 8x = 3x + 3 + 22 ∴ x = 5 Z = 3x + 3 = 3 . 5 + 3 Z = 18 24 Os átomos 23 11Na e 11Na pertencem ao mesmo elemento químico? Resolução Sim, pois ambos apresentam o mesmo número atômico (11 prótons), embora tenham o número de nêutrons diferente (12 e 13, respectivamente).

ᕣ

Resolução Aproximadamente 1840 elétrons.

número atômico 

Assim, o número atômico 11 define o elemento quí mico sódio. Quando se fala no sódio, pensamos, imediatamente, no número atômico 11. Portanto, o elemento químico é um conjunto de átomos de mesmo número atômico.

ᕡ Em um dos pratos da balança hipotética ᕢ abaixo, existe um próton. Quantos elétrons deveriam ser colocados no outro prato para equilibrar a balança?

número de massa  23  Na  11

ᕤ

(MODELO ENEM) – A adrenalina é um hormônio produzido pelas glândulas suprarrenais, que aumenta a atividade do coração, prolonga a ação dos músculos e aumenta a velocidade da respiração, preparando, desse modo, o corpo para situações inesperadas. Sua molécula contém átomos de carbono e hidrogênio, entre outros. Quantos nêutrons são encontrados nos átomos de carbono e hidrogênio, respectivamente? a) 6 e 1 b) 12 e 1 c) 6 e 0 d) 12 e 0 e) 0 e 6 Dados: 11H e

12C 6

QUÍMICA

229

Resolução Carbono:

Hidrogênio

A=Z+N

A=Z+N

12 = 6 + N

1=1+N

N=6

N=0

Resposta: C

ᕥ

(ACAFE-SC – MODELO ENEM) – Fertilizantes são substâncias ou misturas que repõem no solo os nutrientes removidos pelas plantas ou adicionam nutrientes indispensáveis ao solo para que se torne produtivo. Entre os principais fertilizantes está o NPK, em cuja constituição são encontrados, entre outros, os elementos químicos constantes na alternativa: a) sódio – potássio – cloro b) sódio – potássio – lítio c) nitrogênio – potássio – cloro d) nitrogênio – fósforo – potássio e) nitrogênio – ferro – manganês Resolução N → nitrogênio P → fósforo (phosphorus ) K → potássio (kalium)  Resposta: D

ᕦ

(UPF-RS – MODELO ENEM) – O átomo, segundo os filósofos gregos, seria a menor partí cula da matéria que não po deria ser mais dividida. Atualmente, essa ideia não é mais

aceita. A respeito dos átomos, é verdadeiro afirmar que I. são formados por, pelo menos, três partículas fundamentais. II. apresentam duas regiões distintas, o núcleo e a eletrosfera. III. apresentam elétrons, cuja carga é negativa. IV. contêm partículas sem carga elétrica, os nêutrons. Considerando as afirmações acima, estão corretas a) I e II apenas. b) I e III apenas. c) II e IV apenas. d) I, III e IV apenas. e) Todas estão corretas. Resolução I) Correta. Elétrons, prótons e nêutrons são as partículas fundamentais. II) Correta. III) Correta. Elétrons têm carga negativa. IV) Correta. Nêutrons são eletricamente neutros. Resposta: E

ᕧ

(UCPEL-RS – MODELO ENEM) – As partí culas fundamentais que constituem o átomo são: elétrons, dotados de carga elétrica negativa; prótons, partículas positivas e nêutrons, sem carga elétrica. Os números de prótons, elétrons e nêutrons estão relacio nados pelos conceitos de número atômico e número de massa.

ᕡ (UNICAP-PE)

– Nesta questão, marque os números da coluna I, se você achar que as proposições estão certas, e os números da coluna II, se você achar que as proposições estão erradas. átomo AM Z

Qual(is) das seguintes afirmativas relacionadas ao elemento metálico M é(são) correta(s)? (I) (II) 0 0 – Z é o número de massa do elemento. 1 1 – A é o número de massa do elemento. 2 2 – Z é o número atômico. 3 3 – A é o número de cargas positivas no núcleo. 4 4 – Z é o número de cargas negativas no núcleo.

do

O número atômico, o número de nêutrons e o número de massa de um átomo são expressos respectivamente por 3x, 4x-5 e 6x+3. Concluise que a) o número de prótons é igual a 21 e o número de nêutrons é igual a 23. b) o número de prótons é igual a 15 e o número de nêutrons é igual a 10. c) o número de prótons é igual a 24 e o número de nêutrons é igual a 27. d) o número de prótons é igual a 3 e o número de nêutrons é igual a 9. e) o número de prótons é igual a 27 e o número de nêutrons é igual a 24. Resolução O número de massa (A) é a soma do número de prótons (número atômico Z) com o número de nêutrons (N). A = Z + N ∴ 6x + 3 = 3x + 4x – 5 ∴ x = 8 Número de prótons = 3x = 3 x 8 = 24 Número de nêutrons = 4x – 5 = 4 x 8 – 5 = 27 Resposta: C

ᕨ

(POUSO ALEGRE-MG – MODELO ENEM) – Supondo que a distância entre a Terra e o Sol seja de 1013cm e que o diâmetro de um átomo seja de 10–8cm, o número de átomos que caberiam em uma fila reta entre a Terra e o Sol seria de a) 108 átomos b) 1013 átomos 21 c) 10 átomos d) 105átomos e) 10–21 átomos Resolução 10–8 cm ––––– 1 átomo x = 1021 átomos 1013 cm ––––– x Resposta: C

}

ᕢ

Os números atômicos e de massa dos átomos A e B são dados em função de x. 8x 3x + 4 A

5x + 12 4x – 1 B

Sabendo-se que o número de massa de A é igual ao número de massa de B, podemos concluir que a) A e B pertencem ao mesmo elemento químico. b) B possui 16 nêutrons. c) o número atômico de A é 15. d) o número de nêutrons é igual ao número de prótons para o átomo A. e) o número de massa de B é 33. RESOLUÇÃO:

RESOLUÇÃO: 0 – 0 – Errado. Z é o número atômico. 1 – 1 – Correto. 2 – 2 – Correto. 3 – 3 – Errado. 4 – 4 – Errado. Z é o número de cargas positivas no núcleo.

230

QUÍMICA

8x = 5x + 12

x=4

32A – 16 prótons, 16 nêutrons 16 32B – 15 prótons, 17 nêutrons 15

A e B pertencem a elementos diferentes, pois apresentam número atômico diferente. Resposta: D

7

Estudo da eletrosfera

• Nível de energia • Camada eletrônica • Subnível de energia • K L M N O P Q • s, p, d, f 

M ODELOS ATÔMICOS  Modelo de Dalton :  O átomo seria uma  bo linha indi visível.

Modelo de Thom -  son : Uma esfera 

po si tiva com elé -  trons incrustados.

Modelo de Ru -  ther f ord : Modelo  pla ne tário do áto -  mo. Os elétrons  giram ao redor de  um núcleo positivo.

 1. Configuração eletrônica (distribuição dos elétrons ao redor do núcleo) Os modelos da matéria, construídos até o momento, postulam que ela é constituída por partículas. Consideremos, primeiramente, o modelo atômico de Dalton, no qual se julga como a menor porção da matéria uma partícula indivisível, impenetrável e esférica: o átomo. Sucessivas investigações experimentais, aliadas a novas concepções teóricas, levaram aos modelos de Thomson, Rutherford, Bohr. Neles, o átomo não é mais a menor porção da matéria, mas já se admitem partículas subatômicas: elétrons, prótons, nêutrons.

2. Níveis energéticos ou camadas eletrônicas O volume do átomo é determinado pelos elétrons. Como alguns desses elétrons são mais facilmente removíveis que outros, é possível concluir que alguns elétrons estão mais próximos do núcleo do que outros. À medida que se aproxima do núcleo, a energia potencial do elétron, devido à atração pelo núcleo, diminui, enquanto sua velocidade e, consequentemente, sua energia cinética aumentam (tal como a velocidade

Modelo de Bohr : Um elétron em um áto - 

mo só pode ter certas ener gias espe -  cíficas, e cada uma destas ener gias cor -  responde a uma órbita par ticular. Quanto  maior a energia do elétron, mais afastada  do núcleo se localiza a sua órbita.

de um satélite aumenta ao se aproximar da Terra). De um modo geral, a energia total do elétron aumenta à medida que ele se afasta do núcleo.

 Energia potencial aumenta núcleo  Energia cinética diminui   Energia total aumenta

Portanto, dependendo da distância do elétron ao núcleo, conclui-se que os elétrons se encontram em níveis energéticos diferentes. Nos átomos dos elementos químicos conhecidos, podem ocorrer sete níveis de energia (contendo elétrons), representados, respectivamente, a partir do núcleo, pelas letras K, L, M, N, O, P, Q ou pelos números 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Esses números são chamados de números quânticos principais, representando aproximadamente a distância do elétron ao núcleo, assim como a energia do elétron. Se um elétron tem número quântico principal igual a 3, ele pertence à camada M e tem a energia desse nível.

QUÍMICA

231

3. Número máximo de elétrons nas camadas Equação de Rydberg:

X = 2 . n 2  X = número máximo de elétrons numa camada determinada. n = número quântico principal correspondente a essa camada. Aplicando a equação para cada camada, obtemos:

K

L

M

N

O

P

Q

2

8

18

32

50

72

98

Essa fórmula aplica-se até a camada N, inclusive. Para os átomos do elemento de Z = 118, temos os seguintes números de elétrons em cada camada:

   

4. Camada de valência O nível de energia mais externo do átomo é denominado camada de valência. Assim, no átomo do exemplo anterior, a camada de valência é a camada M. A camada de valência pode conter, no máximo, 8 elétrons.

5. Subníveis de energia

Os níveis de energia subdividem-se em subníveis de energia. K L M N O P Q   Nos átomos dos elementos conhecidos, podem ocorrer quatro tipos de subníveis, designados suces2 8 18 32 32 18 8   sivamente pelas letras s (“sharp”) , p (“principal”) , d (“diffuse”) e f (“fundamental”) . Mais adiante, veremos como esses números foram obtidos. Exemplo Representar, esquematicamente, o átomo de número atômico 17 e número de massa 35. Temos: Z = 17: N.o de prótons: Z = 17 N.o de elétrons: Z = 17 O número máximo de elétrons em cada subnível é: A = 35: N.o de nêutrons: s p d f N = A – Z = 35 – 17 = 18 2 6 10 14   Em uma camada de número n, existem n subníveis. Distribuição eletrônica Assim, na camada O existem 5 subníveis: s, p, d, f, g. K L M Acontece, porém, que nos elementos conhecidos os subníveis g, h e i aparecem vazios. 2 8 7

6. Notação da configuração eletrônica Escreve-se o número quântico principal antes da letra indicativa do subnível com um sobrescrito (“expoen-

232

QUÍMICA

te”) que indica o número de elétrons contidos nesse subnível. Exemplo: 3p5 Significado: Na camada M (número quântico principal = 3), existe o subnível p, contendo 5 elétrons.

 

ᕡ

Dê o significado de a) 4p3 b) 5d10 Resolução a) No subnível p da camada N, existem três elétrons. b) No subnível d da camada O, existem dez elétrons.

ᕢ

(MODELO ENEM) – Os elétrons de um átomo estão distribuídos em níveis de energia ou camadas eletrônicas: K, L, M, N, O, P, Q. Cada camada está subdividida em subníveis: K(1s); L(2s, 2p); M(3s, 3p, 3d); N(4s, 4p, 4d, 4f) etc. O número máximo de elétrons nas ca madas K, L, M e N é respetivamente 2, 8, 18 e 32. O número máximo de elétrons nos subníveis s, p, d, f é respectivamente: a) 2, 4, 6, 8 b) 8, 10, 12, 14 c) 2, 6, 10, 14 d) 2, 6, 10, 16 e) 6, 8, 10,12 Resolução K: 2 elétrons ⇒ 1s: 2 elétrons L: 8 elétrons ⇒ 2s: 2 elétrons; 2p: 6 elétrons

M: 18 elétrons ⇒ 3s: 2 elétrons; 3p: 6 elétrons; 3d: 10 elétrons N: 32 elétrons ⇒ 4s: 2 elétrons; 4p: 6 elétrons; 4d: 10 elétrons; 4f: 14 elétrons

Resposta: C

ᕣ

(MODELO ENEM) – Para interpretar a grande maioria dos processos químicos, é sufi ciente considerar o átomo como sendo constituído por apenas três partículas: o próton, o nêutron e o elétron. Essas três partí culas não estão distribuídas ao acaso: elas interagem entre si e essa interação produz um conjunto organizado, que é o átomo. É correto afirmar: a) O núcleo dos átomos será sempre formado por igual número de prótons e nêutrons. b) O número atômico é a soma do número de prótons com o número de nêutrons. c) O número de nêutrons sempre é igual ao número de elétrons. d) Os elétrons, partículas de carga elétrica negativa, distribuem-se em torno do núcleo em diversos níveis e subníveis energéticos.

ᕡ (MODELO ENEM)

– Os elétrons de um átomo estão distribuídos em níveis de energia ou camadas eletrônicas. O número máximo de elétrons nos subníveis s, p, d, f é respectivamente 2, x, y, z. Sabendo-se que esses números formam uma progressão aritmética de razão quatro, os valores de x, y, z são na ordem: a) 4, 8, 12 b) 6, 8, 10 c) 4, 6, 8 d) 6, 10, 14 e) 6, 12, 16

RESOLUÇÃO: Os números formam uma progressão aritmética de razão igual a 4. 2, 6 (2 + 4), 10 (6 + 4), 14 (10 + 4) Resposta: D

e) Prótons e elétrons sã o distribuídos na eletrosfera em camadas e subcamadas. Resolução O número de prótons e o número de nêutrons podem ser iguais ou diferentes. Número atômico é o número de prótons. O número de nêutrons e o número de elétrons podem ser iguais ou diferentes. Os elétrons distribuem-se em níveis (camadas) e subníveis (subcamadas) energéticos. Resposta: D

ᕤ

Considerando as camadas K, L, M e N, podemos afirmar que o número total máximo de elétrons que elas podem comportar é a) 60 b) 46 c) 36 d) 28 e) 18 Resolução K L M N 2 8 18 32 2 + 8 + 18 + 32 = 60 Resposta: A

ᕣ

Qual o número máximo de elétrons que pode haver nos subníveis abaixo? 1s

2s

3p

4d

5d

4f

1s

2s

3p

4d

5d

4f

2

2

6

10

10

14

RESOLUÇÃO:

ᕢ

Quantos subníveis existem no nível de energia de número quântico principal n = 4? Como eles são designados? RESOLUÇÃO: Quatro subníveis: 4s, 4p, 4d, 4f

QUÍMICA

233

8

Elétrons nos subníveis

 1. Os elétrons “querem” possuir baixa energia É um princípio geral que todo sistema tende a ficar mais estável. Isso acontece quando o sistema tem a menor energia possível. Um sistema com elevada energia é instável. Um átomo está no estado fundamental quando seus elétrons se encontram nos subníveis de menor energia possível. Para se dar a configuração eletrônica de um átomo, colocam-se os elétrons, primeiramente, nos subníveis de menor energia. À medida que se aproxima do núcleo, a energia potencial do elétron, por causa da atração pelo núcleo, diminui, enquanto sua velocidade e, consequentemente, sua energia cinética aumentam (tal como a velocidade de um satélite aumenta, ao se aproximar da Terra). De um modo geral, a energia total do elétron aumenta à medida que o elétron se afasta do seu núcleo.

núcleo 

• Estado fundamental • Diagrama de Linus Pauling

Infelizmente, subníveis de níveis inferiores podem ter energia maior que subníveis de níveis superiores. Por exemplo, o subnível 3d tem energia maior que o subnível 4s.

2. O diagrama de Linus Pauling – ordem energética O grande químico norte-americano Linus Pauling, falecido em 1994, descobriu em que ordem a energia dos subníveis cresce. A ordem crescente de energia dos subníveis coincide com as diagonais no diagrama abaixo. Cada linha horizontal representa uma camada eletrônica com os seus subníveis. Descendo pelas diagonais, a energia vai aumentando.

Energia potencial aumenta  Energia cinética diminui  Energia total aumenta 

Assim, o subnível 1s deve ser preenchido antes do subnível 2s, pois o subnível 1s tem energia menor que o subnível 2s.

No diagrama, a confi gu ra ção eletrônica do ferro (Z = 26).

Ordem energética dos subníveis

1s — 2s — 2p — 3s — 3p — 4s — 3d — 4p — 5s — 4d — 5p — 6s — 4f — 5d — 6p — 7s — 5f — 6d — 7p 

No Portal Objetivo Para saber mais sobre o assunto, acesse o PORTAL OBJETIVO QUIM1M205

234

QUÍMICA

(www.portal.objetivo.br) e, em “localizar”, digite

3. Exemplos de configurações eletrônicas a)  H (Z = 1)  Hidrogênio 

1s 1 K  1

1s 2  K  2  f)  Na (Z = 11)  1s 2  K  Sódio  2 

b)  He (Z = 2)  1s 2  K  Hélio  2 

c)  Li (Z = 3)  Lítio 

d)  Be (Z = 4)  1s 2  2s 2  K  L Berílio  2  2 

e)  B (Z = 5)  1s 2  2s 2  2p 1 K  L Boro  2  3 

g)  Ar (Z = 18)  1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6  M  K  L Argônio  8  2  8 

h)  K (Z = 19)  1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6  4s 1 M  N  L Potássio  K  8  1 2  8 

2s 1 L 1 2s 2  2p 6  3s 1 M  L 1 8 

i)  Sc (Z = 21) 1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6 4s 2  3d 1 Escândio  Essa configuração está escrita na  ordem energética , isto é, na ordem em que os subníveis são preenchidos. Podemos escrever a configuração na  ordem geométrica , isto é, camada por camada. 1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6 3d 1 4s 2  M  N  K  L 9  2  2  8 

Ordem energética: 1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6 4s 2  3d 6  Ordem geométrica:  1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6 3d 6  4s 2 

 j)  Fe (Z = 26)  Ferro 

K  2 

k)  Tb (Z = 65)  Térbio 

M  14 

L 8 

N  2 

Ordem energética: 1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6 4s 2  3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 9  Ordem geométrica:  1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6 3d 10  4s 2  4p 6  4d 10 4f 9  5s 2 5p 6  6s 2  O  P  M  N  K  L 8  2  18  27  2  8 

l)  Uuo (Z = 118). Este elemento ainda não tem nome oficial. Nome provisório: Ununóctio (un, un, oct)  Ordem energética: 1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6 4s 2  3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6 

Ordem geométrica:  1s 2  2s 2  2p 6  3s 2 3p 6 3d 10  4s 2  4p 6  4d 10 4f 14  5s 2 5p 6  5d 10 5f 14  6s 2  6p 6  6d 10  7s 2  7p 6  O  P  Q  M  N  K  L 32  18  8  18  32  2  8 

ᕡ

(UNIRIO – MODELO ENEM) – Os  implantes dentários estão mais seguros no  Brasil e já atendem às normas internacionais  de qua lidade. O grande salto de qualidade  aconteceu no processo de confecção dos  parafusos e pi nos de titânio que compõem as  próteses. Fei tas com ligas de titânio, essas  próteses são usa das para fixar coroas  dentárias, aparelhos ortodônticos e dentaduras  nos ossos da mandíbula e do maxilar. Jornal do Brasil 

Considerando que o número atômico do titânio é 22, sua configuração eletrônica será: a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3. b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. d)

1s2

2s2

2p6

3s2

3p6

4s2

3d2.

e) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6.

1s 2s 3s 4s

2p 3p 4p

3d 4d

4f

Dado: O número máximo de elétrons nos sub níveis s, p, d, f é respectivamente 2, 6, 10, 14. Os subníveis são preenchidos em ordem crescente de energia, que é obtida “descendo” pelas diagonais do Diagrama de Linus Pauling.

QUÍMICA

235

Resolução 1s2 2s2 3s2 4s2

2p6 3p6 4p

3d2 4d

4f

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 Resposta: D

ᕢ

(MODELO ENEM) – Os elétrons de um átomo estão distribuídos em níveis de energia ou camadas eletrônicas: K, L, M, N, O, P e Q. Cada camada está subdividida em subníveis: K(1s); L(2s, 2p); M(3s, 3p, 3d); N(4s, 4p, 4d, 4f) etc. Os elétrons são distribuídos em ordem cres cente de energia, o que é conseguido descendo-se pelas diagonais do Diagrama de Linus Pauling. Diz-se, então, que o átomo está no seu estado fundamental.

O número atômico é o número de prótons, que é igual ao número de elétrons.

Para o elemento vanádio (número atômico 23), no seu estado fundamental, afirma-se: I. a configuração eletrônica nos subníveis, em ordem de preenchimento (diagonais), é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5; II. a configuração eletrônica nos subníveis, em ordem geométrica (ordem de camada), é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2; III. a configuração eletrônica nos níveis de energia (camadas) é: K L M N 2 8 11 2 Está correto o que se afirma em: a) I apenas b) II apenas c) III apenas d) I e III apenas e) II e III apenas Resolução Átomo de vanádio: 23 prótons e 23 elétrons.

I. Errado. Em ordem de preenchimento (ordem energética): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3

ᕡ

O bromo é obtido a partir da água do mar e de salmouras naturais. O seu número atômico é 35. Para o bromo, pedem-se: a) a configuração eletrônica nos subníveis em ordem energética; b) a configuração eletrônica nos subníveis em ordem geométrica; c) a configuração eletrônica nos níveis; d) o número de elétrons na camada de valência. RESOLUÇÃO: a)

II.

Correto. Em ordem geométrica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 III. Correto. Nos níveis de energia: K L M N 2 8 11 2 Resposta: E

ᕣ

(MODELO ENEM) – O níquel (Ni) é um metal duro, maleável e bom condutor de calor e eletricidade. É usado na produção de aços especiais e inoxidáveis, em ligas resistentes à corrosão, na fabricação de ímãs. O átomo de níquel apresenta número atômico 28 (tem 28 prótons no núcleo e 28 elétrons ao redor do núcleo). Os elétrons preenchem os subníveis em ordem crescente de energia: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p... O número máximo de elétrons nos subníveis s, p, d, f é respectivamente 2, 6, 10, 14. O número de elétrons no subnível 3d do átomo de níquel é: a) 2 b) 4 c) 6 d) 8 e) 10 Resolução Preenchendo os subníveis em ordem crescente de energia, temos: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 Portanto, o átomo de níquel apresenta oito elétrons no subnível 3d. Resposta: D

ᕢ

Sabendo-se que o subnível mais energético de um átomo é 4p1, pergunta-se: a) Qual o número atômico desse átomo? b) Quantas camadas, contendo elétrons, possui a eletrosfera desse átomo? RESOLUÇÃO: 1s2 2s2

2p6

3s2

3p6

3d10

4s2

4p1

4d

a) Z = 31 b) 4 camadas 4f

1s2 2s2

2p6

3s2

3p6

3d10

4s2

4p5

4d

Ordem energética:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p1 K L M N 4f

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5

b) Ordem geométrica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5 c) K L M N 2 8 18 7 d) 7 életrons

236

QUÍMICA

4s2

EXERCÍCIOS-TAREFAS

Módulo 1 – Ciência e Química

4) Materiais quimicamente puros são de origem natural. 5) Apesar dos benefícios que os produtos quí micos trazem para a indústria, deve-se evitar a ingestão de quaisquer desses produtos.

ᕡ

ᕤ

FRENTE 1

Complete as lacunas:

Química é o ramo da Ciência que estuda a ________________ e suas ______________.

ᕢ

Assim como acontece com as outras ciências naturais, a Química baseia-se na observação de fatos da natureza. O homem observa a natureza, age sobre ela, constrói ideias e representações sobre suas observações e ações. Agindo sobre a natureza, o homem a transforma, transformando-se. Nesse caminhar o homem elabora explicações para os fatos observados. Muitas vezes, para a solução de um problema prático, é necessário que a Química atue em conjunto com outras ciências, ou seja, que proporcione a interdisciplinaridade dos fatos. Com base no texto e na ideia de Ciência, julgue os itens a seguir. (1) Ciência natural é o conjunto de atividades que visa observar, experimentar, explicar e relacionar os fenômenos da natureza. (2) A ciência não é estática, renova-se a cada dia. (3) Química é uma ciência experimental. (4) Entre as ciências naturais, a Química resolve os seus problemas sem o auxílio das outras.

Em 1935, o químico Carothers descobriu o náilon. Cite duas aplicações tecnológicas do náilon.

Módulo 2 – Matéria e suas transformações: os estados sólido, líquido e gasoso

ᕡ

Complete as lacunas:

a) Os três estados físicos principais da matéria são: ......................., ..................... e ............................................. b) Uma substância no estado sólido possui forma .................................... e volume ....................................... c) Uma substância no estado líquido possui volume ........................... e forma do ......................... que a contém. d) Uma substância no estado gasoso não possui forma ................................ e seu volume é igual ao volume do ..................... que a contém.

ᕢ

ᕣ

Para a tarefa de alimentar toda a população do planeta, o homem conta com a ajuda de produtos químicos que, adicionados ao solo, na forma de adubos, corrigem sua fertilidade, permitindo uma produção mais eficiente e, tendo em vista o desgaste ocasionado pelo uso intensivo, pos sibilitam a sua recuperação. Outros produtos químicos permitem que os alimentos sejam protegidos de pragas naturais, como os gafanhotos e as lagartas. Considerando que os alimentos, em sua forma natural, em um período de tempo relativamente curto ficam impróprios para o consumo, há a necessidade de conservá-los por mais tempo. Uma forma antiga de conservação e de proteção de ali mentos é a salga, que consiste na adição de grande quantidade de sal (cloreto de sódio) a alimentos, como, por exemplo, carnes. Hoje, muitos outros processos são utilizados para esse fim. A respeito da Química e de conceitos mencionados no texto acima, julgue os seguintes itens. 1) A Química é uma das ciências que estudam a constituição dos solos. 2) Os alimentos naturais também possuem substâncias quí micas. 3) O consumo de alimentos naturais sem elementos químicos torna a vida mais saudável.

A água é formada por minúsculas partículas chamadas ..................... No estado sólido, as partí culas estão presas umas às outras. Isto explica porque o sólido tem forma .......................

ᕣ

No estado líquido, as partículas estão jogadas umas sobre as outras e podem deslizar umas sobre as outras. Isso explica por que a água líquida adquire a forma do ................. que a contém.

ᕤ

Geralmente o volume da substância no estado sólido é menor que o volume de igual massa da substância no estado líquido. Isso, no entanto, não acontece com a água. Como explicar o fato de ser o volume do gelo ligeiramente maior do que o volume de igual massa de água líquida? QUÍMICA

237

4 ................................................................................................. 5 ................................................................................................. 6 .................................................................................................

ᕥ

ᕢ (UNICAP-PE) – Sobre os estados da matéria.

No estado gasoso, as partículas estão bastante afastadas umas das outras. O gás ocupa todo o recipiente que o contém devido ao intenso movimento das partículas. Isso explica porque um gás não tem forma .................... e volume ................................

I II 0 0 Liquefação é a passagem de um gás ao estado sólido. 1 1 Condensação é a passagem de um vapor ao estado líquido. 2 2 Sublimação é a passagem direta de um sólido ao estado gasoso. 3 3 A água pode existir nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

ᕣ (UnB-DF) – Considere quantidades iguais de água nos três estados físicos (s = sólido; l = líquido; g = gasoso) relacionados no esquema a seguir:

ᕦ

Com relação aos estados físicos das substâncias, julgue os itens: (1) O volume do gelo é menor do que o volume de igual massa de água líquida porque, no estado sólido, as partículas estão mais afastadas uma das outras. (2) O volume do vapor-d’água é muito maior do que o volume de igual massa de água líquida, porque no estado gasoso, o afastamento entre as partículas é muito maior. (3) No estado sólido, as partículas se encon tram mais organizadas e mais “presas” umas às outras. (4) No vapor-d’água, as partículas estão muito afastadas uma das outras. Como o movimento das partículas é intenso, elas ocupam todo o espaço disponível. (5) No supermercado, as laranjas são arrumadas em montes bem uniformes. Supondo que as laranjas estejam representando as partículas que formam uma substância, esse arranjo reproduziria o comportamento da substância no estado líquido. (6) Utilizando-se um liquidificador em cujo copo foram colo cadas algumas esferas pequenas, leves e inquebráveis e ligando-se o aparelho tem-se um modelo do estado gasoso.

Módulo 3 – As mudanças de estado de agregação

ᕡ

Dar o nome das mudanças de estado físico:

Julgue os itens abaixo: (1) O processo I é denominado condensação. (2) O processo II envolve absorção de energia. (3) O processo III é acompanhado de uma diminuição da densidade. (4) O processo IV é denominado vaporização. (5) O vapor-d’água está em estado menos energético do que a água líquida e a água sólida.

ᕤ (FUVEST-SP) – Dada a tabela a seguir

Oxigênio Fenol Pentano

Ponto de fusão (°C)

Ponto de ebulição (°C)

– 218 43 – 130

– 183 182 36

Qual o estado físico dessas substâncias a 25°C?

ᕥ (ENEM – EXAME NACIONAL DO ENSINO MÉDIO) – O ciclo da água é fundamental para a preservação da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi ab sorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia necessária para começar a subir para a atmosfera. 1 ................................................................................................. 2 ................................................................................................. 3 .................................................................................................

238

QUÍMICA

Disponível em: http://www.keroagua.blogspot.com. Acesso em: 30 mar. 2009 (adaptado).

A transformação mencionada no texto é a a) fusão. b) liquefação. d) solidificação. e) condensação.

c) evaporação.

Módulo 4 – Mudanças de estado de substância pura e mistura

ᕡ

Em um laboratório foram elaboradas as curvas de aquecimento de dois líquidos incolores A e B. Sabe-se que um deles é benzeno puro e o outro é uma mistura de benzeno e fenol. As curvas estão mostradas a seguir. Qual dos líquidos é o benzeno puro?

ᕤ (UEL-PR) – Considere as seguintes afirmações:

I. Na fusão de substâncias sólidas há absorção de calor. II. Quando se forma o orvalho ocorre a condensação do vapor-d’água existente no ar. É um processo endotérmico. III. Na temperatura de ebulição de substâncias químicas ocorre mudança de estado físico. São verdadeiras somente a) I b) II d) I e II e) I e III

ᕥ ᕢ

c) III

Cite dois gases que contribuem para o efeito estufa.

Dada a curva de aquecimento

Módulo 5 – Materiais homogêneos e heterogêneos

ᕡ

Indique o ponto de fusão e o ponto de ebulição da substância.

Aponte, como homogêneos (I) ou heterogêneos (II), os seguintes materiais: a) o ar sem pó e fuligem (somente os gases) ( ) b) sangue ( ) c) água e álcool ( ) d) leite ( ) e) álcool e gasolina (a mistura combustível) ( ) f) sal e açúcar ( ) g) granito ( ) h) solução de água com açúcar ( )

ᕢ (UNIP-SP) – Dados os materiais: ᕣ (FUVEST-SP) – Duas panelas abertas contêm lí quidos em contínua ebulição: a panela 1 tem água pura e a panela 2 tem água salgada. Qual dos gráficos a seguir melhor representa a variação das temperaturas dos líquidos em função do tempo?

I. II. III. IV.

água (l) + álcool ( l) O2(g) + CO2(g) água (l) + NaC l água (l) + gasolina ( l) QUÍMICA

239

constituem sempre sistema homogêneo qualquer que seja a quantidade: a) somente I, II e III b) somente I e II c) somente II e III d) somente I e III e) todos

ᕣ

A mistura de dióxido de silício (areia, SiO 2), clorofórmio (CHCl3), água líquida, gelo e açúcar (C 12H22O11) dissolvido na água apresenta:

A sequência correta é: a) V – F – F – V. c) F – V – V – F. e) F – V – F – F.

b) V – V – F – V. d) V – F – V – F.

ᕧ

Misturando, agitando bem e deixando certo tempo em repouso, diga quantas fases surgirão em cada um dos sistemas a) água, álcool e acetona b) água, álcool e areia

Módulo 6 – Separação dos componentes de misturas I

ᕡ (FUVEST-SP)

– Qual o método de separação utilizado quando se usa um coador de pano na preparação do café? a) 4 fases e 5 componentes;. b) 5 fases e 4 componentes. c) 4 fases e 4 componentes. d) 5 fases e 5 componentes. e) 4 fases e 3 componentes.

ᕤ (ITA-SP) – Assinale a alternativa errada: a) Tanto oxigênio gasoso como ozônio gasoso são exemplos de substâncias simples. b) Um sistema monofásico tanto pode ser substância pura quanto uma solução. c) Existem tanto soluções gasosas, como líquidas, como ainda soluções sólidas. d) Substância pura é aquela que não pode ser decomposta em outras mais simples. e) No ar atmosférico encontramos substâncias simples e substâncias compostas.

ᕥ (UNIFOR-CE) – Numa dose de uísque com gelo, há água

sólida, solução aquosa de etanol, outras substâncias dissolvidas e vapor d’água. Esse sistema é a) heterogêneo e constituído de três fases. b) homogêneo e constituído de uma fase. c) heterogêneo e constituído de duas fases. d) heterogêneo e constituído de quatro fases. e) homogêneo e constituído de três fases.

ᕦ (UFSM-RS) – Assinale verdadeira (V) ou falsa (F) em cada afirmação. ( ) O ouro 18 quilates é classificado como uma solução. ( ) O ar atmosférico com poeira constitui uma mistura homogênea. ( ) O granito é um exemplo de mistura heterogênea. ( ) O sangue constitui uma mistura homogênea.

240

QUÍMICA

ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO O coador de pano nada mais é do que um ..................., uma superfície porosa. A solução atravessa os poros do coador, enquanto o sólido insolúvel é retido no coador. O método é chamado .......................................

ᕢ (PUC-SP)

– Os instrumentos abaixo são utilizados no processo para separar os componentes de uma mistura de:

a) água e álcool; b) areia e sal; c) areia e açúcar; d) água e óleo; e) areia e ferro. ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO A decantação é muito usada para separar líquidos ...................., isto é, líquidos que não se misturam. É o caso dos líquidos ....................................... e ....................... (alternativa: ........................). Dê o nome dos aparelhos assinalados: A: ............................................................................................... B: ............................................................................................... C: ...............................................................................................

ᕣ (UEL-PR) – De uma mistura heterogênea de dois lí quidos imiscíveis e de densidades diferentes podem-se obter os líquidos puros através de: I. sublimação II. decantação III. filtração

Dessas afirmações, apenas: a) I é correta. c) III é correta. e) II e III são corretas.

b) II é correta. d) I e II são corretas.

ᕤ (UNICAMP-SP) – Têm-se as seguintes misturas:

I. areia e água; II. álcool (etanol) e água; III. sal de cozinha (NaCl) e água, neste caso uma mistura homogênea. Cada uma dessas misturas foi submetida a uma filtração em funil com papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado) foi aquecido até sua total evaporação. Pergunta-se: a) Qual mistura deixou um resíduo sólido no papel após a filtração? O que era esse resíduo? b) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação do líquido? O que era esse resíduo?

ᕥ (UFPE) – Relacione a coluna da direita com a da esquerda, considerando a melhor técnica para separar as seguintes misturas: 1) 2) 3) 4) 5)

Limalha de ferro e enxofre Óleo e água Areia + naftaleno Areia e água Bronze (Cu + Sn)

( ( ( ( (

) sublimação ) decantação ) imantação ) fusão fracionada ) filtração

Lendo de cima para baixo, será formada a seguinte sequência numérica:

a) b) c) d) e)

3 1 3 4 2

2 2 5 2 4

1 3 1 5 1

5 4 2 3 5

4 5 4 1 3

b) Aquecendo-se a mistura, o iodo passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso (......................... ). Os vapores de iodo são recolhidos e cristalizados novamente. c) Adiciona-se água. Dissolve-se ......................................... d) Filtra-se. Fica no filtro ................................ A solução de água e ........................... passa. e) Vaporiza-se a água. Sobra no recipiente ...............................

ᕢ

Tem-se uma mistura de magnésio e bismuto pul verizados. A densidade do magnésio é 1,74 g/mL e a do bismuto é 9,67 g/mL. Para separar esses dois metais, pre cisamos escolher um líquido adequado. Qual dos líquidos a seguir você escolheria? a) o líquido reage com ambos os metais e tem densidade 2,89 g/mL. b) o líquido reage com um dos metais e tem densidade 2,89 g/mL. c) o líquido não reage com nenhum dos dois metais e tem densi dade 2,89 g/mL. d) o líquido reage com um dos metais e tem densidade 1,24 g/mL. e) o líquido não reage com nenhum dos metais e tem densidade 1,24 g/mL.

ᕣ

Complete Na extração, um líquido ........................ um componente de uma mistura sólida ou líquida.

ᕤ (VUNESP-SP)

– Na preparação do café a água quente entra em contato com o pó e é separada no coador. As operações envolvidas nessa separação são, respectivamente: a) destilação e decantação. b) filtração e destilação. c) destilação e coação. d) extração e filtração. e) extração e decantação.

ᕦ (UNESP)

– A preparação de um chá utilizando os já tradicionais saquinhos envolve, em ordem de acontecimento, os seguintes processos: a) filtração e dissolução b) filtração e decantação c) filtração e extração d) extração e filtração e) dissolução e decantação

Módulo 7 – Separação dos componentes de misturas II

ᕡ

Idealizar uma sequência de processos para separar os componentes de uma mistura de areia + sal + iodo + ferro em pó. ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO a) Temos uma mistura de sólidos. O ferro pode ser retirado da mistura usando-se um ............................... (Separação magnética).

ᕥ (UNICAMP-SP)

– Deseja-se fazer a separação dos componentes da pólvora negra, que é constituí da de nitrato de sódio, carvão e enxofre. Sabe-se que o nitrato de sódio é solúvel em água, o enxofre é solúvel em dissulfeto de carbono, enquanto o carvão é insolúvel nestes solventes. Proponha um procedimento para realizar essa separação.

Módulo 8 – Separação dos componentes de misturas III

ᕡ

Responda às perguntas: a) Quais as mudanças de estado que ocorrem numa destilação? b) Esquematizar um destilador (alambique) sem deixar de citar o nome dos principais aparelhos. c) Qual o processo para separar uma solução aquosa de cloreto de sódio? d) Os derivados: gasolina, querosene, óleo diesel etc. são obtidos do petróleo. Qual o nome do processo de separação? QUÍMICA

241

ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO a) No balão de destilação ocorre uma ..................., enquanto no condensador ocorre uma ................................................. b)

densidade (g/cm3) (na temperatura de trabalho) (PE) . . . 0,91 — 0,98 (PS) . . . 1,04 — 1,08 (PVC) . . . 1,35 — 1,42 As frações A, C e D eram, respectivamente, a) PE, PS e PVC b) PS, PE e PVC c) PVC, PS e PE d) PS, PVC e PE e) PE, PVC e PS

ᕥ A:........................................................................................... B:........................................................................................... C:........................................................................................... D:........................................................................................... c) Destilação ............................................................................. d) Destilação .............................................................................

ᕢ (UNIV. DE ITAÚNA-MG)

– Todas as misturas estão corretamente associadas ao seu processo de separação, exceto: a) óleo diesel e gasolina – destilação fracionada b) gasolina e água – decantação c) bronze (liga de cobre e estanho) – fusão fracionada d) areia e naftaleno – sublimação e) água e açúcar dissolvido – filtração

a) b) c) d) e)

A destilação fracionada pode ser utilizada na separação dos elementos químicos que compõe o clorofórmio, CHCl3. compontes da mistura água – areia. componentes do ar liquefeito. sais minerais na água potável. metais que formam o latão.

ᕦ (ENEM – EXAME NACIONAL DO ENSINO MÉDIO) – Em certas regiões litorâneas, o sal é obtido da água do mar pelo processo de cristalização por evaporação. Para o desenvolvimento dessa atividade, é mais adequado um local: a) plano, com alta pluviosidade e pouco vento. b) plano, com baixa pluviosidade e muito vento. c) plano, com baixa pluviosidade e pouco vento. d) montanhoso, com alta pluviosidade e muito vento. e) montanhoso, com baixa pluviosidade e pouco vento.

FRENTE 2

ᕣ (FUVEST-SP) – Duas amostras de

uma solução aquosa de CuSO4, de coloração azul, foram submetidas, respectivamente, às seguintes operações: I) filtração através de papel de filtro. II) destilação simples. Qual é a coloração resultante a) do material que passou pelo filtro na operação I? b) do produto condensado na operação II? Justifique suas respostas.

Módulo 1 – Átomos e moléculas

ᕡ a)

b) c)

ᕤ (FUVEST-SP – MODELO ENEM) – Em uma indústria, um operário misturou, inadvertidamente, polietileno (PE), poli (cloreto de vinila) (PVC) e poliestireno (PS), limpos e moídos. Para recuperar cada um destes polí meros utilizou o seguinte método de separação: jogou a mistura em um tanque contendo água (densidade = 1,00g/cm3), separando, então, a fração que flutuou (fração A) daquela que foi ao fundo (fração B). A seguir, recolheu a fração B, secou-a e a jogou em outro tanque contendo solução salina (densidade = 1,10g/cm3), separando o material que flutuou (fração C) daquele que afundou (fração D).

242

QUÍMICA

d)

Complete as lacunas: A matéria é formada de ................................ Um conjunto de átomos do mesmo tipo recebe o nome de ...................... A representação gráfica e abreviada do nome do elemento é chamada de ...................................................................... Dê o símbolo dos seguintes elementos: sódio (natrium) : ............. mercúrio (hidrargirium) : ............... potássio (kalium) : ............................... chumbo (plumbum) : ................................................ cobre (cuprum) : ............................. fósforo (phosphorus) : ......................... ouro (aurum) : ........................ estanho (stanum): ........................ prata (argentum) : ................ enxofre (sulphur) : ..................... O símbolo também representa um ..................... do elemento quí mico. Assim, a representação de três átomos de oxigênio ( ) é .........................................

ᕢ a) b) c) d)

e)

Verificar se a proposição é falsa (F) ou verdadeira (V). Co é o símbolo do cobalto. ( ) CO é o símbolo do monóxido de carbono. ( ) Ferro puro é formado por átomos Fe. ( ) Átomo é a menor parte de um elemento químico que ainda conserva as propriedades químicas do elemento. ( ) A representação de oito átomos de enxofre é S8. ( )

ᕧ a) b) c) d)

Escreva os nomes dos seguintes elementos químicos: Si Ag Au Hg

Módulo 2 – Substância e mistura

ᕣ (VUNESP-SP) – Os nomes latinos dos elementos chumbo, prata e antimônio dão origem aos símbolos químicos desses elementos. Esses símbolos são respectivamente: a) P, Ar, Sr. b) Pm, At, Sn. c) Pb, Ag, Sb. d) Pu, Hg, Si. e) Po, S, Bi.

ᕡ

Dado o sistema esquematizado, qual é o número de:

ᕤ

Complete as lacunas: a) Um grupo de átomos ligados recebe o nome de ............................. A representação gráfica de uma molécula é a .................. O número de áto mos de cada elemento existente na molécula é indicado por um índice colocado à ..................................... (direita/esquerda) do símbolo. b) Dar a fórmula das moléculas esquematizadas: ácido sulfúrico fórmula: .................................. etanol (álcool etílico) fórmula: ....................................................

a) átomos representados? R: ..................................................... b) elementos químicos? R: ........................................................ c) moléculas representadas? R: ................................................. d) substâncias simples? R: ......................................................... e) substâncias compostas? R:.................................................... f) componentes? R: ..................................................................

ᕢ

O esquema a seguir representa um conjunto de substâncias.

c) Dois átomos de oxigênio formam a molécula do gás oxi gênio. A representação gráfica de três moléculas de oxigênio é .............................................................................................

ᕥ (VUNESP-SP)

– Escreva os nomes e os símbolos químicos de dois elementos cujos nomes comecem com a letra T.

ᕦ

Sobre átomos, moléculas, símbolos e fórmulas julgue os itens: (1) A representação do esquema abaixo é 6N.

É incorreto afirmar que esse sistema contém a) sete átomos no total. b) três substâncias diferentes. c) duas substâncias compostas. d) átomos de três elementos químicos diferentes. e) duas substâncias simples.

ᕣ (MACKENZIE-SP – MODELO ENEM) (2) 3O é a fórmula do ozônio. (3) A molécula do ácido nítrico tem fórmula HNO3. (4) O símbolo do ferro é FE. (5) Na molécula do gás carbônico

,

há um átomo de carbono (C) ligado a uma molécula de gás oxigênio (O2). (6) Na molécula do açúcar sacarose C 12H22O11 há um total de 45 átomos de 3 elementos químicos.

– Certas propagandas recomendam determinados produtos, destacando que são saudáveis por serem naturais, isentos de “quí mica”. Um aluno atento percebe que essa afirmação é: a) verdadeira, pois o produto é dito natural porque não é formado por substâncias quí micas. b) falsa, pois as substâncias químicas são sempre benéficas. c) verdadeira, pois a Química só estuda materiais artificiais. d) enganosa, pois confunde o leitor, levando-o a crer que “química” significa não-saudável, artificial. e) verdadeira, somente se o produto oferecido não contiver água.

QUÍMICA

243

ᕤ a) b) c) d)

Assinale a alternativa que apresenta apenas misturas. Gás oxigênio, água do mar e ozônio. Gás carbônico, água destilada e aço. Naftaleno, cloreto de sódio e areia. Ar, bronze e gasolina.

Módulo 3 – Transformações químicas

ᕡ

Escrever uma equação química para a reação esquematizada:

ᕣ (FUVEST-SP)

– Ao acertar os coeficientes estequiométricos de uma equação química: a) reagentes e produtos devem estar no mesmo estado de agregação. b) os produtos devem representar substâncias mais energéticas. c) todos os átomos dos reagentes devem constar entre os produtos. d) todas as moléculas dos reagentes devem constar entre os produtos. e) a reação correspondente deve ter efeito térmico nulo.

ᕤ

Escrever uma equação química para a reação de fermentação da glicose produzindo álcool etílico (eta nol) e dióxido de carbono.

ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO a) A equação química é a representação gráfica de uma reação química (fenômeno ............................................................). Escreva as fórmulas dos reagentes separadas por um sinal de +; desenhe uma flecha e, em seguida, as fór mulas dos produtos. N2 + H2 → NH3 b) O número de ................................. nos reagentes deve ser igual ao número de ................... nos produtos. Para obter essa igualdade é necessário pegar certa quantidade de moléculas de N2, H2 e NH3.

c) Surgem, assim, os coeficientes da equação que fornecem proporção entre números de ................................................ d) 1N2 + 3H2 →

NH3

ᕢ (FUVEST-SP – MODELO ENEM)

– A transformação de ozônio em oxigênio comum é representada pela equação 2O3 → 3O2. Os números 2 e 3 que aparecem do lado es querdo da equação representam, respectivamente: a) coeficiente estequiométrico e número de átomos na molécula. b) coeficiente estequiométrico e número de moléculas. c) número de moléculas e coeficiente estequiométrico. d) número de átomos da molécula e coeficiente estequiométrico. e) número de átomos da molécula e número de moléculas.

244

QUÍMICA

ᕥ

Escrever uma equação química para a combustão do etanol (álcool etílico, álcool comum) esquematizada a seguir:

Módulo 4 – Balanceamento de uma equação química – Método das tentativas

ᕡ

Complete

Equação química é a representação gráfica de uma __________.

ᕢ

ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO Se aparecer um material com propriedades diferentes das dos materiais iniciais o fenômeno é químico. a) A gasolina e o oxigênio do ar são transformados em gás carbônico e vapor-d’água. Fenômeno ................................... b) Fenômeno .............................................................................

Balancear a equação de combustão completa do etanol.

C2H6O + O2

→

CO2 + H2O

ᕣ (UNICAMP-SP) – Leia a frase seguinte e transforme-a em uma equação química (balanceada), utilizando símbolos e fórmulas: “uma molécula de nitrogênio gasoso, contendo dois átomos de nitrogênio por molécula, reage com três moléculas de hidrogênio diatômico, gasoso, produzindo duas moléculas de amônia gasosa, a qual é formada por três átomos de hidrogênio e um de nitrogênio”.

ᕤ (UFMG) – A equação Ca(OH)2 + H3PO4 → Ca3(PO4)2 + H2O não está balanceada. Balanceando-a com os menores números inteiros possíveis, a soma dos coeficientes estequiométricos será: a) 4 b) 7 c) 10 d) 11 e) 12

ᕥ a) b) c) d)

Balancear as equações: Mn3O4 + Al → Al2O3 + Mn FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 Ca3(PO4)2 + SiO2 + C → CaSiO3 + P + CO CO2 + H2O → C6H12O6 + O2

ᕦ (UFMG) – A equação Al2(SO4)3 + PbCl2 → PbSO4 + AlCl3 não está balanceada. Balanceando-a com os menores números inteiros possíveis, a soma dos coeficientes estequiométricos será: a) 4 b) 7 c) 8 d) 9 e) 10

Módulo 5 – Fenômenos físicos e químicos

ᕡ

Complete

Num fenômeno químico, as substâncias iniciais são chamadas ____________, enquanto as substâncias finais constituem os ___________ da reação.

ᕢ (FUNDAÇÃO CARLOS CHAGAS) – A reação quí mica é a transformação de uma ou mais substâncias em uma ou mais substâncias diferentes. Assinale a resposta em que haja um fenômeno quí mico. a) combustão da gasolina b) compressão do ar c) sublimação do iodo d) dissolução do álcool em água e) aquecimento do ferro elétrico

sublimação c) iodo sólido  ⎯⎯⎯⎯→ iodo gasoso (I2) (I2) Mudança de estado físico é fenômeno ................................. d) As moléculas de água e álcool apenas se misturam. Fenômeno ............................................................................. e) Ferro frio → ferro quente. Fenômeno .............................................................................

ᕣ (UFRS) – Entre as transformações citadas a seguir, aquela que não representa um fenômeno químico é: a) o cozimento de um ovo. b) a queima do carvão. c) o amadurecimento de uma fruta. d) o azedamento do leite. e) a formação de orvalho.

ᕤ (VUNESP-SP) – Indique a alternativa que representa um processo químico: a) dissolução de cloreto de sódio em água. b) fusão de aspirina. c) destilação fracionada de ar líquido. d) corrosão de uma chapa de ferro. e) evaporação de água do mar.

ᕥ (PUC-SP) – Qual dos seguintes conjuntos é constituído,

apenas, por fenômenos químicos? a) Queimar uma vela, fumar um cigarro, escrever no papel. b) Acender uma lâmpada, ferver água, tocar uma nota no violão. c) Explodir uma carga de dinamite, fazer vinho a partir do suco de uva, queimar álcool. d) Congelar água, fundir ferro, misturar água com açúcar. e) Cozinhar um ovo, digerir os alimentos, fundir açúcar numa panela.

ᕦ a) b) c) d)

Assinalar se o fenômeno é físico (F) ou químico (Q). Vaporização da água. ( ) Fusão de uma lâmina de prata. ( ) Atração de uma agulha por um ímã. ( ) Escurecimento de uma colher de prata. ( )

QUÍMICA

245

ᕧ (UnB-DF)

– A Química está tão presente na vida do homem, que é difícil imaginar a vida sem ela. Os produtos químicos têm inúmeras aplicações, entre as quais ressalta-se a fabricação dos computadores, que constituem a revolução no final do século passado. Considerando a presença da Química no cotidiano, julgue os itens abaixo. (1) Apesar dos benefícios que os produtos químicos trazem para a indústria, deve-se evitar a ingestão de quaisquer desses produtos. (2) A água do mar é uma substância composta formada por água (H2O) e cloreto de sódio (NaC l). (3) Um aquário com muitos peixes deve ter sua água borbulhada com ar para repor o oxigênio que os peixes consomem das moléculas de água (H 2O) durante a respiração.

Fe indica ᕢ (UFPI – MODELO ENEM) – A representação 56 26 que o átomo do elemento químico ferro apresenta a seguinte composição nuclear: a) 26 prótons, 20 elétrons e 30 nêutrons. b) 26 elétrons e 30 nêutrons. c) 26 prótons, 26 elétrons e 56 nêutrons. d) 26 prótons e 26 elétrons. e) 26 prótons e 30 nêutrons.

ᕣ (FEI-SP) – Preencha os retângulos vazios da tabela abaixo: Elemento Número Químico Atômico Alumínio

13

Fósforo

15

(4) O eventual processo de enferrujamento de componentes de um computador, confeccionados com determinado metal, é um exemplo de transformação química.

ᕨ (FUVEST-SP) –

Considere os processos de obtenção de: (I) chumbo a partir da galena (PbS), (II) sal de cozinha a partir da água do mar, (III) querosene a partir do petróleo e (IV) álcool a partir do açúcar de cana. São exemplos de transformação química os processos: a) I e II b) I e IV c) II e III d) II e IV e) I, II e III

Módulo 6 – Componentes do átomo

ᕡ (ESPM-SP – MODELO ENEM) – O átomo de Rutherford

Partículas por átomo Prótons

Elétrons

Número Nêu- de massa trons 27 16

Berílio

4

9

ᕤ As espécies químicas 3x x+5A

e

3x–2 2x–10 B

representam átomos com igual número de prótons. O número de nêutrons encontrado em A e em B é, respec tivamente: a) 25 e 23 b) 25 e 25 c) 5 e 15 d) 15 e 5 e) 23 e 25

ᕥ

Quantos átomos seriam necessários para perfazer um comprimento de 1 metro, considerando-os encostados e enfileirados em linha reta? Admita que o diâmetro do átomo é 1Å. ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO a) O diâmetro de um átomo é da ordem de 1Å (.......................................) nome da unidade

(1911) foi comparado ao sistema planetário:

1Å = 0,00000001cm = 10 cm b) 1m = 100cm = 10 cm c) 1Å

1m

Eletrosfera é a região do átomo que: a) contém as partículas de carga elétrica negativa. b) contém as partículas de carga elétrica positiva. c) contém nêutrons. d) concentra praticamente toda a massa do átomo. e) contém prótons e nêutrons.

246

QUÍMICA

Complete a regra de três: 10–8 cm ____________ 1 átomo 102 cm ___________ x átomos 102 . 1 x = ––––––– = ........... ....................................... 10–8

ᕦ

Aproximadamente, quantas vezes a massa do núcleo do átomo 126 C é maior que a massa da sua eletrosfera (coroa)? Admita que mp ഡ mn ഡ 1840 . me

Módulo 7 – Estudo da eletrosfera

ᕩ (UNITINS-TO) – Coloque em ordem crescente de energia os subníveis eletrônicos:

ᕡ Complete as lacunas:

a) Ao redor do núcleo, existem ............. camadas eletrônicas ou níveis de energia que podem conter elétrons. Essas camadas são designadas pelas letras: ................, ....................., ....................., .................., ...................., ....................., ...................... . b) O número máximo de elétrons que pode haver nos níveis de energia K, L, M e N é, respectivamente: .................., .................., ....................., ...................... . c) Sendo n o número quântico principal da camada, teoricamente, o número máximo de elétrons (x) que pode haver em cada camada é dado pela Equação de Rydberg: x = ............................................................. . d) Elemento químico é o conjunto de átomos que apresentam o mesmo número .......................................... . Atualmente são conhecidos mais de 100 elementos quí micos. Os 23 24 átomos 11 X e 11 X pertencem ao mesmo elemento químico, pois ambos apresentam o mesmo número .................... . e) Em um nível de energia de número quântico principal n = 3, existem ............................ (número) subníveis. f) Assinalar o número máximo de elétrons que pode haver nos subníveis a seguir: 3s

2p

3p

6d

4f

4d

O máximo de elétrons que um átomo pode representar na camada N é: a) 2 b) 8 c) 18 d) 32 e) 64

ᕣ Como deve ser interpretada a representação 3d5? ᕤ

Quais são os subníveis que formam a camada L eletrônica?

ᕥ

Quantos elétrons possui a camada de um átomo que con tém apenas os subníveis s, p e d totalmente preenchidos?

ᕦ

Quantos elétrons tem um átomo que apresenta os subníveis 1s, 2s, 2p lotados?

ᕧ

Um nível de energia de número quântico principal n contém subnível p quando: a) n = 1 b) n ≥ 1 c) n ≥ 2 d) n = 0

ᕨ Assinale a proposição falsa. a) Em todos os níveis de energia existe subnível s. b) No terceiro nível de energia (camada M), existem três tipos de subníveis. c) Um subnível f pode ter no máximo 14 elétrons. d) A camada N pode ter no máximo 32 elétrons. e) Todo nível de energia com número quântico principal n ≥ 2 contém subnível d.

5p

a) 4d < 5p < 6s < 4f c) 4f < 4d < 5p < 6s e) 6s < 5p < 4d < 4f

6s

b) 4d < 4f < 5p < 6s d) 5p < 6s < 4f < 4d

µ (UNIUBE-MG) – Um átomo cuja configuração eletrônica é 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2 tem como número atômico: a) 10. b) 20. c) 18. d) 2. e) 8.

Módulo 8 – Elétrons nos subníveis

ᕡ Complete as lacunas:

a) Os subníveis são preenchidos com elétrons em ordem ........................... (crescente / de crescente) de energia. Essa ordem é obtida descendo pelas diagonais do Diagrama de Linus Pauling. 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s

5f

ᕢ

4f

2p 3p 4p 5p 6p 7p

3d 4d 4f 5d 5f 6d

b) Os subníveis são preenchidos na seguinte ordem: 1s, 2s, ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ...., ..... (Complete a ordem)

ᕢ (UNIUBE-MG – MODELO ENEM) – Um figuração eletrônica é número atômico: a) 10 b) 20

1s 2,

2s2,

2p6,

c) 18

ᕣ (CESGRANRIO-RJ) – A

3s2,

átomo cuja con4s2 tem como

3p6,

d) 8

e) 2

distribuição eletrônica correta do

átomo 56 26Fe, em camadas, é: a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 b) 1s2 2s2 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 c) K = 2 L = 8 M = 6 d) K = 2 L = 8 M = 14 N = 2 e) K = 2 L = 8 M = 18 N = 18 O = 8 P = 2 79 O selênio, 34 Se, é um elemento que aparece na constituição de fotômetros, copiadoras, corante para vidro vermelho, xampu anticaspa etc. Dar a sua configuração eletrônica nos subníveis em ordem energética e em ordem geométrica. ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO a) Os subníveis são preenchidos em ordem energética crescente. Esta ordem é obtida no Diagra ma de ...................... .

ᕤ

QUÍMICA

247

1s2 2s2 3s 4s 5s 6s 7s

2p 3p 4p 5p 6p 7p

ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO Ordem energética: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 3d 4d 5d 6d

µ

4f 5f

Z = 34 → ................... elétrons Ordem energética: 1s2 2s2 2p 3s 3p 4s 3d 4p (complete a configuração) b) Para obter a ordem geométrica (ordem de camada), copiar da ordem energética: 1s2 2s2 2p6 3s 3p 3d 4s 4p K L M N 2 8

(complete a configuração)

Um átomo tem 22 elétrons na camada N. Qual o seu número atômico? ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO K 1s L 2s 2p M 3s 3p 3d 22 N 4s 4p 4d 4f O 5s 5p 5d 5f P 6s 6p 6d Q 7s 7p

¸

Qual o subnível incompleto do átomo de Co (número atômico igual a 27)? a) 2s b) 3s c) 3p d) 3d e) 4s ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f

ᕥ (MODELO ENEM)

– A configuração eletrônica de um determinado átomo no estado fundamental é: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2. Seu número atômico, o número de elétrons na camada de valência e o número de elétrons no subnível de maior energia são, respectivamente: a) 25, 2, 2 b) 25, 2, 5 c) 25, 5, 2 d) 25, 3, 4 e) 25, 3, 3

ᕦ Qual o número de elementos químicos que tem o nível de

número quântico principal n = 4 como sua camada de valência?

¹

Considere todos os elementos quí micos que possuem elétrons distribuídos em seis níveis de energia. Qual deles tem o maior número atômico? ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s

ᕧ

Determinar o número de subníveis preenchidos com elétrons apresentado pelo átomo de número atômico Z = 56.

ᕨ Qual é o número atômico de um elemento que apresenta 8 elétrons no subnível 4d? ORIENTAÇÃO DA RESOLUÇÃO Complete a configuração 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d8 4f 5s 5p 5d 5f

2s

2p L

3s 3p 3d M

Um átomo que possui configuração 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p3 apresenta na camada mais externa: a) 2 elétrons. b) 3 elétrons. c) 5 elétrons. d) 12 elétrons. e) 15 elétrons.

ƹ (UFMG) –

4s 4p N

4d

5s O

C) Número atômico Z = ................................

ᕩ (MODELO ENEM)

– A corrosão de materiais de ferro envolve a transformação de átomos do metal em íons (ferroso ou férrico). Quantos elétrons há no terceiro nível energético do átomo neutro de ferro? Dado: Número atômico do ferro: 26 a) 2 b) 6 c) 14 d) 16 e) 18

248

QUÍMICA

3d 4d 4f 5d 5f 6d

Ƹ (UNITAU-SP) –

A) ordem energética 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 8 B) ordem geométrica 1s K

2p 3p 4p 5p 6p 7p

Na crosta terrestre, o segundo elemento mais abundante, em massa, tem, no estado fundamental, a seguinte configuração eletrônica: nível 1: completo; nível 2: completo; nível 3: 4 elétrons A alternativa que indica corretamente esse elemento é: a) Alumínio (Z = 13). b) Ferro (Z = 26). c) Nitrogênio (Z = 7). d) Oxigênio (Z = 8). e) Silício (Z = 14).

ƺ (PUC-CAMPINAS-SP)

– Vanádio (Z = 23), elemento de transição, constitui componente importante do aço para produzir um tipo de liga que melhora consideravelmente a tenacidade, a resistência mecânica e à corrosão do ferro. Quantos elétrons há no subnível 3d da configuração eletrônica do vanádio? a) 1. b) 2. c) 3. d) 4. e) 5.

RESOLUÇÃO DOS EXERCÍCIOS-TAREFAS FRENTE 1

Módulo 3 – As mudanças de estado de agregação

Módulo 1 – Ciência e Química

ᕡ

matéria, transfomações.

ᕢ

(1) Verdadeiro. (2) Verdadeiro. (3) Verdadeiro. (4) Falso. A Química necessita de outras disciplinas como, por exemplo, a Matemática, a Física, a Biologia etc.

ᕣ

ᕤ

1) Correto . 2) Correto . Todo material é formado por substâncias quí micas. 3) Incorreto . Todo alimento é formado por elementos quí micos. 4) Incorreto . Os materiais de origem natural geralmente são misturas de substâncias químicas. 5) Incorreto. Ser um produto químico não significa dizer que é prejudicial ao ser humano. Meias e tapetes

Módulo 2 – Matéria e suas transformações: os estados sólido, líquido e gasoso

ᕡ

a) b) c) d)

sólido; líquido; gasoso própria; próprio próprio; recipiente própria; recipiente

ᕡ

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

Fusão Solidificação Vaporização Liquefação/condensação Sublimação Ressublimação

ᕢ

(0) (1) (2) (3)

Errado  Certo  Certo  Certo 

ᕣ

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

Falso  Falso  Falso  Falso  Falso  Falso 

ᕤ

Oxigênio: gás Fenol: sólido Pentano: líquido

ᕥ

A mudança de estado em questão é a transformação de água líquida em água gasosa sem que a temperatura seja a de ebulição da água. O processo descrito é a evaporação da água. Resposta: C

Módulo 4 – Mudanças de estado de substância pura e mistura

ᕢ

moléculas; própria

ᕣ

recipiente

ᕡ

Curva A

ᕤ

No gelo, embora as partículas estejam presas umas às outras, elas estão mais afastadas do que no estado líquido.

ᕢ

PF = 80°C PE = 120°C

ᕥ

própria; próprio

ᕣ

ᕦ

(1) Falso . O volume do gelo é maior do que o volume de igual massa de água líquida. (2) Verdadeiro. (3) Verdadeiro. (4) Verdadeiro. (5) Falso. O modelo representa o comportamento da substância no estado sólido. (6) Verdadeiro.

A temperatura de ebulição da água pura é constante enquanto a T.E. da água salgada é variável. Resposta: D

ᕤ

A condensação é um processo exotérmico. Resposta: E

ᕥ

CO2 e CH4

QUÍMICA

249

Módulo 5 – Materiais homogêneos e heterogêneos

ᕦ Resposta: D

ᕡ

Módulo 7 – Separação dos componentes de misturas II

ᕢ ᕣ

ᕤ

ᕥ ᕦ

ᕧ

a) c) e) g)

homogêneo (I) homogêneo (I) homogêneo (I) heterogêneo (II)

b) d) f) h)

heterogêneo (II) heterogêneo (II) heterogêneo (II) homogêneo (I)

Qualquer mistura de gases é homogênea. Água e álcool são miscíveis em qualquer proporção. Resposta: B Quatro componentes: areia, clorofórmio, água e açúcar. Quatro fases: areia, clorofórmio, água + açúcar e gelo. Resposta: C Uma substância pura composta pode ser decomposta em substâncias simples (2H2O → 2H2 + O2) Resposta: D Três fases: solução aquosa, gelo e vapor-d’água. Resposta: A (V) Misturas homogêneas são classificadas como soluções. (F) Ar atmosférico com poeira constitui sistema heterogê neo. (V) Granito: mistura que contêm quartzo, feldspato e mica, heterogênea. (F) O sangue é classificado como heterogêneo. Resposta: D a) 1

b) 2

Módulo 6 – Separação dos componentes de misturas I

ᕡ

filtro; filtração

ᕢ

imiscíveis; água e óleo (alternativa: D) A: funil de separação (funil de decantação) B: béquer C: suporte Resposta: D

ᕣ

Sólido é que sublima. Na filtração os dois líquidos passam pelo filtro. Resposta: B

ᕤ

a) Mistura I. O resíduo era areia. b) Mistura III. O resíduo era NaCl.

ᕥ

(3) sublimação (2) decantação (1) imantação (5) fusão fracionada (4) filtração Resposta: A

250

QUÍMICA

ᕡ

a) ímã d) areia; sal

b) sublimação e) sal

c) sal

ᕢ Na flotação adiciona-se um líquido com densidade interediária e que não reage com os componentes. Resposta: C

ᕣ dissolve ᕤ A dissolução fracionada pode ser chamada de extração. As substâncias solúveis do pó são dissolvidas pela água quente. As substâncias insolúveis são retidas no coador (filtração). Resposta: D

ᕥ Adiciona-se água. O nitrato de sódio se dis solve.

Filtra-se. Evapora-se a água do filtrado, obtendo-se o nitrato de sódio. Adiciona-se dissulfeto de carbono à mistura de carvão e enxofre. Dissolve-se o enxofre. Filtra-se. O carvão fica retido no filtro. Evapora-se o dissulfeto de carbono do filtrado e obtém-se o enxofre.

Módulo 8 – Separação dos componentes de misturas III

ᕡ a)

vaporização; liquefação (condensação) b) A: Béquer; B: condensador C: Bico de Bunsen: D: balão de destilação c) Destilação simples d) Destilação fracionada

ᕢ Solução aquosa de açúcar passa pelos poros do filtro. Resposta: E

ᕣ a)

Azul. Uma solução não pode ser separada por filtração. b) Incolor. Por destilação, a água vaporiza e depois condensa.

ᕤ Tanque com água: flutua PE Tanque com solução salina: flutua PS Resposta: A

ᕥ Resposta: C ᕦ Resposta: B

FRENTE 2 Módulo 1 – Átomos e moléculas

ᕡ

a) b) c) d)

átomos; elemento químico símbolo Na, K, Cu, Au, Ag, Hg, Pb, P, Sn, S átomo; 3 O

ᕢ

a) V

ᕣ

Plumbum, argentum e stibium Resposta: C

ᕤ

a) molécula; fórmula; direita b) H2SO4; C2H6O c) 3O2

ᕥ

ᕦ

ᕧ

b) F

c) V

Titânio: Ti Tecnécio: Tc Telúrio: Te Túlio: Tm

d) V

e) F

Tântalo: Ta Tálio: Tl Térbio: Tb Tungstênio: W (wolfrâmio)

(1) Falso. A representação é 3 N 2 (2) Falso. 3O representa 3 átomos do elemento oxigênio. (3) Verdadeiro. (4) Falso. O símbolo é Fe. (5) Falso. Na molécula há um átomo de carbono ligado a dois átomos de oxigênio. (6) Verdadeiro. a) silício c) ouro

a) 14 e) 2

b) 2 f) 5

c) 6

d) 3

ᕤ

C6H12O6 → 2C2H6O + 2CO2

ᕥ

1C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Módulo 4 – Balanceamento de uma equação química – Método das tentativas

ᕡ

reação química

ᕢ

C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H 2O

ᕣ

N2(g) + 3 H 2(g) → 2 NH3(g)

ᕤ

3Ca(OH)2 + 2H3PO4 → 1Ca3(PO4)2 + 6H2O Resposta: E

ᕥ

a) 3 Mn3O4 + 8 A l → 4 Al2O3 + 9Mn b) 4 FeS 2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2 c) 1 Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5C → 3 CaSiO3 + 2P + 5 CO d) 6CO2 + 6H2O → 1C6H12O6 + 6O2

ᕦ

1Al2(SO4)3 + 3PbCl2 → 3PbSO4 + 2AlCl3 Resposta: D

ᕡ

reagentes, produtos

ᕢ

a) químico d) físico

b) físico e) físico

c) físico

ᕣ A condensação do vapor d’água é fenômeno físico. Resposta: E

ᕢ Resposta: C ᕣ

Em uma reação química o número de átomos se conserva. Resposta: C

Módulo 5 – Fenômenos físicos e químicos

b) prata d) mercúrio

Módulo 2 – Substância e mistura

ᕡ

ᕣ

A frase correta seria: isento de substâncias nocivas à saúde. Resposta: D

ᕤ A formação da ferrugem é fenômeno quí mico. Resposta: D

ᕥ Explosão,

fermentação e combustão são fenômenos

químicos. Resposta: C

ᕤ Resposta: D Módulo 3 – Transformações químicas

ᕡ

a) químico c) moléculas

ᕢ

Na expressão: 2O3, o algarismo 2 é o coeficiente estequiométrico e o 3 é o número de átomos na molécula O 3. Resposta: A

b) átomos; átomos d) 2

ᕦ a)

Físico

b) Físico

c) Físico

d) Químico

ᕧ Item certo: (4)

Itens errados: (1), (2) e (3). A água do mar é mistura e os peixes consomem o O2 dissolvido na água.

ᕨA

transformação de PbS em Pb e a transformação de açúcar em álcool são fenômenos químicos. Resposta: B QUÍMICA

251