1.1. química -teoria - livro 1

7/25/2019 1.1. Qumica -Teoria - Livro 1

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1. DIMENSES DO TOMO

Dimetro do tomo 108 cm = 1 angstrm = 1

Dimetro do tomo 10.000 x dimetro do ncleo

2. MASSAS DASPARTCULASFUNDAMENTAIS

Massa do prton massa do

nutron

Massa do prton 1.840 x mas-sa do eltron

3. NMERO ATMICO (Z)

o nmero de prtons existentesno ncleo.

Em um tomo, o nmero de pr-tons igual ao nmero de eltrons.

Como a carga eltrica do prton igual carga eltrica do eltron, masde sinal contrrio, o tomo umsistema eletricamente neutro (a somade todas as cargas zero).

4. NMERO DE MASSA (A)

a soma do nmero de prtonscom o nmero de nutrons.

ExemploO tomo de sdio tem 11 prtons,

12 nutrons e 11 eltrons.

O nmero atmico 11 e o n-mero de massa 23.

5. ELEMENTO QUMICO

um conjunto de tomos demesmo nmero atmico. O elementohidrognio o conjunto de tomosde nmero atmico igual a 1.

Os tomos de um mesmo ele-mento podem apresentar nmero denutrons diferente. Os tomos:

A : 1 prton, 0 nutron, 1 eltron

B : 1 prton, 1 nutron, 1 eltron

C: 1 prton, 2 nutrons, 1 eltron

so todos do elemento hidrognio.

Os elementos de Z = 1 a Z = 92so encontrados na natureza, com

exceo do tecncio (Z = 43) e pro-mcio (Z = 61), que so produzidosartificialmente. Os elementos deZ = 93 em diante so artificiais.

6. REPRESENTAODE UM TOMO

Utiliza-se o smbolo do elementocom um ndice inferior (n.o atmico) eum ndice superior (n.o de massa).

Exemplo

7. TEORIA DOS QUARKS

A teoria mais moderna afirmaque h apenas 12 partculas elemen-

tares, seis chamadas lptons (o

eltron faz parte deste grupo) e ou-tras seis chamadas quarks.

Na primeira coluna encontra-se acarga eltrica da partcula e entreparnteses a massa da partcula emfuno da massa do eltron.

Dois tipos de quarks, o up(para

cima) e o down(para baixo), formamos prtons e os nutrons.

O quark uptem carga + 2/3, en-quanto o down tem carga 1/3. Oprton um agregado de dois upeum down, enquanto o nutron constitudo por um upe dois down.

Quarks e Lptons

+ 2/3 QuarkUp

(600)Charm(3.000)

top(360.000)

0 Lptonneutrino

do eltron(~0)

neutrinodo mon

(~0)

neutrinodo tuon

(~0)

1/3 Quark down

(600)

strange

(1.000)

bottom

(10.000)

1 Lptoneltron

(1)mon(200)

tuon(3.600)

Z = 112311Na A = 23

A = Z + N

FRENTE 1 Qumica Geral e Inorgnica

MDULO 1 Estrutura do tomo: Conceitos Bsicos


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306

1. CONFIGURAOELETRNICA

Os modelos da matria, constru-dos at o momento, postulam que ela constituda por partculas.

Consideremos, primeiramente, omodelo atmico de Dalton, no qual seulga como a menor poro de mat-ria uma partcula indivisvel, im pene-trvel e esfrica: o tomo. Sucessivasnvestigaes experimentais, aliadasa novas concepes tericas, leva-ram aos modelos de Thomson, Ru-therford, Bohr, modelo orbital.

Neles, o tomo no mais a me-nor poro da matria, mas j seadmitem partculas subatmicas: el-

trons, prtons, nutrons etc.

2. CAMADAS ELETRNICASOU NVEIS DE ENERGIA

O volume do tomo determina-do pelos eltrons. Como alguns des-ses eltrons so mais facilmente re-movveis que os outros, isso nos leva aconcluir que alguns eltrons esto maisprximos do ncleo do que outros.

O tomo de ltio: 3 prtons,

4 nutrons e 3 eltrons. O ncleo

positivo, a eletrosfera negativa, mas o

tomo um sistema eletricamente neutro.

A coroa ou eletrosfera est divi-dida em 7 camadas designadas K, L,M, N, O, P, Q ou pelos nmeros n = 1,2, 3, 4, 5, 6, 7.

O nmero da camada cha-mado nmero quntico principal (n).

Nmero mximo de eltronsem cada nvel de energiaAbaixo mostramos o clculo do

nmero mximo de eltrons em cadacamada eletrnica.

TericoEquao de Rydberg: x = 2n2

Modelo de Bohr

rbitas permitidas e rbitas proibidas.

ExperimentalO elemento de nmero atmico

112 foi fabricado no incio de 1996,em Darmstad Alemanha. Em 1999,foi sintetizado na Califrnia o elemen-to de nmero atmico 114, pulando o

elemento de nmero atmico 113.Em 2004, foram sintetizados os ele-mentos de nmeros atmicos 113 e 115e em 2008, foi fabricado o elemento deZ = 116.

At o elemento de nmero at-mico 118 (fabricado em 2005), tere-mos o seguinte nmero de eltrons nascamadas:

3. SUBNVEISDE ENERGIAOU SUBCAMADAS

Os nveis de energia subdividem-se em subnveis de energia que sodesignados pelas letras s, p, d, f. Es-creve-se o nmero quntico principalantes da letra indicativa do subnvel.

Nmero mximo deeltrons em cada subnvel

Um sistema com baixa energia estvel.

Todo sistema tem tendncia paraficar mais estvel.

Os eltrons colocados nos subn-veis de menor energia acarretam umestado de maior estabilidade para otomo. Diz-se que o tomo est noestado fundamental.

Nos tomos dos elementos co-nhecidos, os subnveis 5g, 6f, 6g, 6h,

7d, 7f, 7g, 7h, 7i esto vazios.

4. DISTRIBUIO DOSELTRONS NOS SUBNVEIS

medida que se aproxima do n-cleo, a energia potencial do eltron,graas atrao pelo ncleo, dimi-

Modelo

de Dal ton

o tomo seria uma

bolinha indivisvel.

Modelo de

Thomson

uma esfera

positiva com el-

trons incrustados.

Modelo de

Rutherford

modelo planetrio

do tomo. Os el-

trons giram ao re-

dor de um ncleopositivo.

s p d f

2 6 10 14

K L M N O P Q2 8 18 32 32 18 8

K L M N O P Q

2 8 18 32 50 72 98

MDULO 2 Estudo da Eletrosfera e Configurao Eletrnica


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nui, enquanto sua velocidade e, con-sequentemente, sua energia ci nticaaumentam (tal como a velocidade deum satlite aumenta, ao se aproximarda Terra). De um modo geral, aenergia total do eltron aumenta me-dida que o eltron se afasta do ncleo.

Como esses eltrons esto distri-budos?

O diagrama de Linus PaulingO qumico norte-americano Linus

Pauling descobriu em que ordem aenergia dos subnveis cresce.

A ordem crescente de energiados subnveis coincide com as diago-nais no diagrama abaixo. Cada linhahorizontal representa uma camadaeletrnica com os seus subnveis. medida que se desce pelas diago-nais, a energia vai aumentando.

ExemploArsnio (As): Z = 33

I. Ordem energtica(ordem de preenchimento)

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3

II.Ordem geomtrica(ordem de camada)

A camada de valncia do As acamada N.

Energia potencial aumentaEnergia cintica diminui

NcleoEnergia total aumenta 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d10 4s24p3

K L M N

2 8 18 5

307

1. DISTRIBUIOELETRNICA EM ONSPOSITIVOS (CTIONS)

Os eltrons cedidos por um to -mo de um metal so os mais exter-nos. Para fazer a distribuio eletr-nica de um ction, fazemos primeiroa distribuio do tomo neutro e emseguida repetimos a distribuio, ti-rando os eltrons mais externos.

2. DISTRIBUIOELETRNICA DO ON Fe3+

O Fe (Z = 26) tem 26 prtons e 26eltrons.

O Fe3+ (Z = 26) tem 26 prtons e23 eltrons.

A configurao do tomo de ferro(26 prtons e 26 eltrons) a seguinte:

Fe (Z = 26)

Para obter o on Fe3+, retiramosos 3 eltrons mais externos: 2 el-trons do subnvel 4s e 1 eltron dosubnvel 3d.

A configurao do on Fe3+

(26 prtons e 23 eltrons) a se-guinte:

3. DISTRIBUIOELETRNICA EM ONSNEGATIVOS (NIONS)

Os eltrons recebidos por umtomo de um ametal entram nos sub-nveis incompletos.

Para fazer a distribuio eletrni-ca de um nion, fazemos primeiro adistribuio do tomo neutro e emseguida repetimos a distribuio,acrescentando os eltrons.

4. DISTRIBUIO DO ON O2

A configurao do tomo de oxi-gnio (8 prtons e 8 eltrons) a se-guinte:

O (Z = 8)

Para obter o on O2, adiciona-mos 2 eltrons no subnvel 2p.

A configurao do on O2 (8 pr-tons e 10 eltrons) a seguinte:

Note que assim o oxignio ficaestvel, com a camada de valnciacompleta.

1s2 2s2 2p6

K L

2 8

1s2 2s2 2p4

K L

2 6

1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d5

K L M

2 8 13

1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d6 4s2

K L M N

2 8 14 2

xido de alumnio

1.o passo Configurao eletrnica

ametal, tendncia para receber 2 eltrons metal, tendncia para ceder 3 eltrons

K L MO Z = 8 2 6Al Z = 13 2 8 3

MDULO 3 Configurao Eletrnica de ons


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2.o passo Escrever as tendncias e inverter

Oxignio 1 tomo de O ganha

)

Al23+O3

2

A frmula indica 2ons Al3+ e 3 ons O2(

2 e 3 O

3 e 2 Al

308

1. ISTOPOS

So tomos de mesmo nmeroatmico Z (mesmo elemento qu-mico), com nmero de massa dife-ente (o nmero de nutrons dife-ente). Apresentam as mesmas pro-

priedades qumicas.

Istopos do hidrognio: hidrognio leve (prtio) no

tem nutron: 11H

deutrio (1 nutron): 12H

trtio, trcio ou tritrio (2 nu-

trons): 13H

Os istopos 11H e 21H apresentamncleo estvel. O istopo 31H ra-dioativo, isto , o seu ncleo se de-sintegra. Os istopos ocorrem na na-tureza em quantidades diferentes. Ohidrognio natural uma mistura de99,985% de 11H, 0,015% de

21H e uma

quantidade muito pequena de 31H.

Nota

Os trs istopos do hidrognio e os trs istopos do oxignio podem formar 18 tipos de molculas de gua, que

diferem na massa:11H (H),

21

H(D), 31H(T), 16

8O, 178O,

188O

2. ISBAROS

tomos de nmero atmico Z diferente e nmero de massa A igual.

Exemplo: 1840Ar e 20

40Ca

3. ISTONOS

tomos de nmero atmico Z diferente, nmero de massa A diferente e mesmo nmero de nutrons.

Exemplo: 511B e 6

12C

Ambos apresentam 6 nutrons.

MDULO 4 Istopos, Isbaros e Istonos


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1. INTRODUO

Os tomos ligam-se para adquirirmaior estabilidade.

Gases Nobres nicos ele-mentos que aparecem na natureza

na forma de tomos isolados. O hliotem 2 eltrons na camada K. Onenio, argnio, criptnio, xennio eradnio apresentam 8 eltrons nacamada de valncia.

Teoria do Octeto os tomosligam-se, procurando adquirir a con-figurao eletrnica de gs nobre.

Metais menos de 4 eltronsna camada de valncia. Tendnciapara ceder eltrons.

K L MExemplo: Mg(Z = 12)

2 8 2

No metais mais de 4 el-trons na camada de valncia. Ten-dncia para receber eltrons.

K L MExemplo: P(Z = 15)

2 8 5

2. LIGAO INICAOU ELETROVALENTE

Regra

Metal (1 a 3 eltrons na ca mada

de valncia) com no metal (5 a 7eltrons na camada de valncia) ouhidrognio.

Mecanismo

Transferncia de eltrons do me-tal para o no metal ou hidrognio.

309

No cristal de cloreto de sdio,

cada on rodeado por ons com

carga de sinal contrrio.

Os compostos inicos so

slidos nas condies am-

bientais.

Um composto inico slido

cristalino.

No cristal de cloreto de

sdio, os ons positivos

e negativos alternam-se.

O cloreto de sdio formado por cristais com a forma de cubo. direita temos o arranjo dos ons. Observe queo on cloreto (com trs camadas eletrnicas) maior que o on sdio (com duas camadas eletrnicas).

[ ]

Na + [Na]+Cl

Cl

K L M2 8 1

K L M2 8 7

K L2 8

K L M2 8 8

Determinao da frmulade um composto inico.

ExemploA(Z = 12): 2, 8, 2; B (Z = 7): 2, 5.

Todo composto inico s-

lido nas condies ambientais.

Os compostos inicos apresen-tam-se na forma de cristais, que soaglomerados de um grande nmerode ons.

Exemplo

Exemplos decompostos inicos:

Sais+ 2+1KCl, BaI2

xidos metlicos1+ 2 2+ 2

Li2O, Ca O

Hidretos metlicos1+1 2+ 1

KH, BaH2

Na + Clxx x

[Na]+ [ Cl ]xx x

x x

xx

x x

xx

cloreto de sdio

[A]2+

[B]3

3 2

tomo A perde 2

tomo B recebe 3

3 tomos A perdem 6

2 tomos B recebem 6

MDULO 5 Ligaes Qumicas: A Ligao Inica


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1. A LIGAOCOVALENTE COMUM

Todas as ligaes qumicas re-sultam de eltrons que so atradospor dois ou mais ncleos.

Na ligao covalente, os tomoscompartilham um ou mais pares deeltrons. A ligao covalente aparecequando no metal (mais de 4 eltronsna camada de valncia) se combinacom hidrognio ou com outro nometal. Os tomos emparelham el-rons, formando uma partcula deno-minada molcula.

Exemplos1) Gs hidrognio

Na ligao entre dois tomos, hdiminuio da energia potencial.

2) Cloreto de hidrognio (HCl)

Nas condies ambientais, o clo-reto de hidrognio um gs formadode molculas HCl, partculas queexistem individualmente.

A frmula eletrnica (estrutura deLewis) mostra os eltrons da camadade valncia dos tomos.

Na frmula estrutural plana, o par

eletrnico de unio representadopor um tracinho.

H Cl

2. A LIGAO COVALENTEDATIVA OU COORDENADA

Apenas um tomo fornece osdois eltrons do par.

Exemplo

a) Na frmula eletrnica do CO,indicamos os eltrons provenientesdo carbono e do oxignio por sm-bolos diferentes, puramente porquestes didticas. No entanto, bom lembrar que todos os eltronsso iguais. A UNICAMP no aceitaessa representao dos eltrons porsmbolos diferentes. A melhor

representao a seguinte:

b) Um composto molecular podeser slido, lquido ou gasoso nascondies ambientais.

ExemplosIodo (I2) slido; gua (H2O) l-

quida; oxignio (O2) gasoso.

C O

H + Cl

H Cl

H (Z = 1)

H (Z = 1)

1s1

1s1

H H

H2

C

O

x xxx

x

x

C O=C O xxx

xxx

frmula

eletrnica(Lewis)

frmula

estruturalplana

CO

310

Iodo (I2)slido

Iodo (I2)lquido

Iodo (I2

)gasoso

Frmula

Molecular

gua

Amnia

Metano

Gs oxignio

H

O H

H N H

H

O O

H N HH

H C H

H

H

O HH

N N

O C

O

S

O

O S= O

OO= O

O

O

O

O

H C H

H

H

O= C= O

N N

O= O

H

N

C

O

S

Gsnitrognio

Gscarbnico

Dixido deenxofre

Gs

oznio

Frmula Eletrnica

(Estrutura de Lewis) Frmula Estrutural

H2O

NH3

CH4

O2

N2

CO2

SO2

O3

Frmula

Molecular

MDULO 6 A Ligao Covalente


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311

MDULO 7 Frmulas Eletrnicas e Estruturais

1. EMPARELHAMENTODE ELTRONS

Na ligao covalente, os tomosemparelham eltrons, adquirindoconfigurao eletrnica de gs no-

bre.A ligao dativa ocorre quando

um dos tomos j est com o octetoe o outro est com seis eltrons nacamada de valncia.

2. VALNCIA DEALGUNS ELEMENTOS

O tomo de cloro monovalente,pois estabelece um par de eltrons eadquire o octeto. Ele pode ainda for-necer at trs pares de eltrons, for-mando trs ligaes dativas. Na fr-mula estrutural, a ligao covalente representada por um tracinho, e a

ligao dativa, por uma flechinha.3. FRMULA ESTRUTURAL

DE XIDOS (EXOY)

a) Geralmente a molcula de umxido simtrica.

b) Os tomos de oxignio noformam cadeia, salvo poucas exce-es.

Exemplos

I) Monxido dedicloro (Cl2O)

II) Pentxido dedicloro (Cl2O5)

III) Heptxido dedicloro (Cl2O7)

4. FRMULA ESTRUTURAL

DE CIDOS OXIGENADOSHmX On

a) O hidrognio ionizvel est li-gado ao oxignio.

b) Os tomos de oxignio no

formam cadeias.

Exemplos

I) cido nitroso (HNO2)

II) cido ntrico (HNO3)

III) cido sulfuroso (H2SO3)

IV) cido sulfrico (H2SO4)

5. FRMULA ESTRUTURAL

DAS BASES [M(OH)X]

a) A ligao entre oxignio ehidrognio covalente.

b) A ligao entre oxignio e ometal inica.

Exemplos

6. FRMULAESTRUTURAL DOS SAIS

A estrutura do nion obtidaretirando-se H+ do cido corres-

pondente.Exemplos

I) Nitrato de sdio (NaNO3)

II) Sulfato de potssio (K2SO4)

O O 2

[K]1+2 S O O

H xxxOxx

x N

O

O

H+ x xxOxx

x N

O

O

[Na] O N

O

O

Na x O

xH Na+ O xHx

Na+[O H], Ba2+[O H]12

Al3+[O H]13

H O H O

S O ou S = O

H O H O

H

S

O

N

O O

O Cl O Cl O

O O

O O

Cl O Cl

O O

OCl

Cl

O Cl|

Cl

Cl

O

H H

O

OI

C

IC

I

Cl

Cl

S

S

I

N

N

I

O

H O N

O

H O N

O

H O O H O O

S ou S

H O O H O O


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312

MDULO 8 Teoria da Repulso dos Pares de Eltrons da Camada de Valncia

1. INTRODUO

A teoria da repulso dos paresde eltrons da camada de valncia(RPECV) afirma que o arranjo geom-trico dos tomos ou grupos de to -mos (ligantes), em torno de um to -

mo central, determinado pela repul -so entre os pares de eltronspresentes na camada de valncia dotomo central.

Os pares de eltrons arranjar-se-o de modo a ficarem o mais afas-tados um do outro para que a repul-so entre eles seja mnima.

2. ARRANJOS DOSPARES DE ELTRONS

O arranjo geomtrico dos paresde eltrons em torno de um tomo A o seguinte:

Dois pares deeltrons: linear

Trs pares deeltrons: triangular

Quatro pares deeltrons: tetradrico

Cinco pares deeltrons: bipirmide trigonal

Seis pares deeltrons: octadrico

3. GEOMETRIA MOLECULAR

A forma de uma molcula dadapelo arranjo dos tomos, e no peloarranjo dos eltrons.

Molculas linearesA molcula ser linear quando o

tomo central (A) for do tipo:

A repulso entre os pares de el-trons ser mnima quando estes es-tiverem localizados em lados opostoscom relao ao ncleo.

Na teoria da RPECV, o mesmo ra-ciocnio deve ser feito com relao adupla e tripla-ligaes.

Exemplos

Molculas

planas triangulares

Exemplos

Molculas angulares

Exemplosa) H2O

b) SO2

Molculaspiramidais trigonais

Exemplo: NH3

H N

H

H

X A

X

X

AX

X

X

AX

X

X

a) b)

Cl

B

Cl

Cl

BCl3

a)

O

S

O

O

SO3

b)

A

X

a) b)A A

XXX

O

H

H

SO

O

a) xx Clxx

xxx Be x Cl

xx

xx xx

b) xx Oxx x

x C xx O

xx xx

x Hc) Cxxx

N xx

A a) Ab) Ac)


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Molculas tetradricas

Exemplosa) CH4 (metano)

b) NH+4 (on amnio)

Molculas com formade bipirmide trigonal

ExemploPCl5 (pentacloreto de fsforo)

Molculas octadricas

ExemploSF6 (hexafluoreto de enxofre)

P

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

X

X A

X

X

H

H N

H

H +

H

H C

H

H

F

S

F

F

F

F

F

A

X

X

X

XX

X

A

X

X

X

XX

313

MDULO 9 Polaridade da Ligao Covalente1. LIGAO

COVALENTE POLAR E APOLAR

Dada uma ligao covalente A B,podemos ter dois casos:

A e B apresentam a mesmaeletronegatividade. A ligao cha-

mada covalente apolar.Exemplos

A e B tm eletronegatividadesdiferentes. A ligao covalentepolar.

Exemplos

Escala deEletronegatividades(Linus Pauling)

2. DIPOLO ELTRICO

Consideremos as molculas F2 e HF.

Na molcula F2, o par de eltrons compartilhado igualmente pelosdois tomos. Na molcula HF, o par compartilhado desigualmente, apa-recendo no lado do flor uma pe-quena carga negativa, -, enquantono lado do hidrognio aparece umacarga positiva, +. A molcula HF

um dipolo eltrico.

F 4,0O 3,5N 3,0Cl 3,0Br 2,8

I 2,5S 2,5C 2,5Au 2,4Se 2,4Pt 2,2Te 2,1P 2,1H 2,1As 2,0B 2,0

Cu 1,9Sb 1,9Si 1,8Ge 1,8

Sn 1,8Pb 1,8Fe 1,8Co 1,8Ni 1,8

Cr 1,6Zn 1,6Mn 1,5Al 1,5Be 1,5Mg 1,2Ca 1,0Sr 1,0Li 1,0Na 0,9Ba 0,9K 0,8

Rb 0,8Cs 0,7Fr 0,7

IH F , H O , C= O

I IF F , O= O , C C

I I


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3. MOMENTO DIPOLAR

Define-se momento dipolar a

grandeza = . d, sendo d a distn-cia entre os dois centros de cargas.

Associa-se ao momento dipolar

um vetor dirigido para o polo negativo.

4. MOLCULAPOLAR E NO POLAR

Para uma molcula com mais de

uma ligao, define-se o momento

dipolar total (soma vetorial do mo-

mento dipolar de cada ligao).

Se total 0 molcula polar

Se total = 0 molcula no

polar

Verifica-se que as molculas po-

ares se orientam quando colocadas

em um campo eltrico.

Ocorre um desvio no filete de

gua quando esta escoada

atravs de um tubo capilar. O

fenmeno devido propriedadeda gua de possuir molculas polares.

5. EXEMPLOS DE MOLCULASPOLARES E NO POLARES

Molculas lineares

Molculas angulares

Molculas planas

Molculas piramidais

Molculas tetradricas

Quatro ligantesiguais: no polar

Molculas tetradricas Quatro ligantes

no todos iguais: polar

Colocando-se o tetraedro dentro

de um cubo, o tomo de carbono ficano centro, enquanto os quatro ligan-

tes ocupam vrtices alternados. Per-

cebe-se que a re sultante nula

quando os quatro vetores do momen-

to dipolar so iguais.

Molculasbipiramidais trigonais

Cinco ligantesiguais: no polar

Molculas octadricas Seis ligantesiguais: no polar

H

Cl ClCl

C

H

H ClCl

C

Cl

Cl Cl

Cl

C

H

H H

H

Si

N

H

total (polar)

H

0

H

total = 0

(no polar)

H

total0

(polar)

F B

F

F

C C

ClCl

H

cis-1,2-dicloroeteno

Htotal = 0

(no polar)

C C

Cl

Cl

H

trans-1,2-dicloroeteno

S

H

H

S

O

O

total 0

(polar)

total 0

(polar)

Cl Be Cl H C N

total = 0 total 0

(no polar) (polar)

+ +

O = C = O

total = 0

O

Htotal

H

+

H F

314


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315

MDULO 10 Foras Intermoleculares

1. LIGAES ATMICAS EFORAS INTERMOLECULARES

As ligaes atmicas (inica,covalente e metlica) so mais fortesque as foras intermoleculares.

A ligao que prende os tomosdentro de uma molcula a ligaocovalente. Vamos, agora, analisar asforas que existem entre as molculas.

Essas foras podem ser dividi-das em dois tipos: foras de van derWaals e ponte de hidrognio.

2. FORAS DEVAN DER WAALS

Existem vrios tipos de foras in-cludos neste grupo.

Vamos estudar os dois tipos prin-cipais:

Fora entre dipolospermanentes (FDP)

Dipolo permanente o dipolo de-vido diferena de eletronegatividade.

Esta fora existe, portanto, entremolculas polares (total 0).

Exemplo

Foras de dispersoou Foras de London

Este tipo de fora existe entre

dipolos temporrios ou induzidos,que no so devidos diferena deeletronegatividade.

O dipolo temporrio aparece emrazo de:

Movimento natural doseltrons

Assim, na molcula de iodo, osdois eltrons, em um certo instante,podem aparecer mais perto de umtomo do que do outro.

Induo

Colises moleculares

3. PONTE DE HIDROGNIO

A ponte ou ligao de hidrognio uma fora entre dipolos perma-nentes anormalmente elevada.

Condies: tomo pequeno e bastante

eletronegativo (F, O, N);

par de eltrons no compar-tilhado;

H ligado a esse tomo.ExemplosHF, H2O, ROH, RCOOH, ArOH,

NH3, RNH2, DNA etc.Exemplo

A ligao de hidrognio esta-belecida entre o tomo de hidrogniode uma molcula e o par de eltrons

de outra molcula.Substncias que formam ponte

de hidrognio apresentam valoreselevados para a sua tenso super-ficial, solubilidade em gua e pontode ebulio.

Um cido carboxlico constituiponte de hidrognio de modo suigeneris. As molculas associam-seduas a duas, formando dmeros.

Existem substncias que apre-sentam ponte de hidrognio dentroda prpria molcula (ponte de hi-drognio intramolecular). Para isso necessrio haver dois grupos detomos bem prximos.

Exemplo

Na molcula do DNA, uma baseprica liga-se a uma base pirimdicapor ponte de hidrognio.

No gelo, as molculas de gua (H2O)

esto presas por foras intermoleculares.

As foras intermoleculares na gua

(representadas por linhas tracejadas).

HO NN H N

Nortonitrofenol

O

O

H

O

ponte dehidrognio

intramolecular

OO

C CH3

OO H

H3C C

H

H OH

+ q q

H O

H

+ q q

P.H.


12/56

316

1. ESTADOS FSICOS(OU DE AGREGAO) DA MATRIA

A matria pode ser encontrada em trs estadosfsicos: slido, lquido e gasoso. Atravs de obser-vaes experimentais verificamos que:

Observaes Forma: configurao espacial de um material. Volume: espao ocupado por um material. Exemplos de slidos: alu mnio, cobre, ouro, sal,

ao, enxofre.

Exemplos de lquidos: lcool, mercrio, petrleo,vinagre. Exemplos de gases: ar, hlio, cloro, oxignio,

metano. Slidos apresentam forma constante e volume

constante porque a fora de atrao entre suas partcu-as intensa e elas permanecem em posiespraticamente fixas, tendo pequeno movimento devibrao em relao posio que ocupam.

Lquidos apresentam a forma do recipiente evolume constante, por que as partculas de um lquido,

embora consigam movimentar-se umas em relao soutras, ainda se atraem e adquirem a forma dorecipiente, mas no o suficiente para se separaremcompletamente uma das outras.

Vapores no possuem forma constante e ocupamo volume do recipiente porque a fora de atrao entresuas partculas desprezvel. Assim, as partculasmovimentam-se em todas as direes, ocupando todo o

espao disponvel.

2. MUDANAS DE ESTADO FSICO

Ao fornecer ou retirar calor de uma amostra de ummaterial a presso constante, ir ocorrer a mudana deestado fsico. Cada mudana de estado recebe um

nome particular.

MDULO 1 Estados de Agregao da Matria

FRENTE 2 Qumica Geral e Inorgnica e Qumica Orgnica


13/56

317

Observaes: A vaporizaopode receber outros nomes, depen-dendo das condies em que olquido se transforma em vapor.

Evaporao: passagem len-ta do estado lquido para o estado devapor, que ocorre predominante-mente na superfcie do lquido, semcausar agitao ou surgimento debolhas no seu interior.

Ebulio: passagem rpidado estado lquido para o estado devapor, geralmente obtida pelo aque-cimento do lquido e percebidadevido ocorrncia de bolhas.

Calefao: passagem muitorpida do estado lquido para o es-tado de vapor quando o lquido entraem contato com uma superfcie muitoquente.

Ponto de Fuso (PF) ouTemperatura de Fuso (TF):

temperatura na qual determinadasubstncia sofre fuso (durante oaquecimento) ou solidificao (du-rante o resfriamento).

gua tem PF = 0C (durante oaquecimento a gua sofre fuso a0C ou durante o resfriamento a guasolidifica a 0C).

Ponto de Ebulio (PE) ouTemperatura de Ebulio (TE):temperatura na qual determinadasubstncia sofre ebulio (durante oaquecimento) ou condensao (du-rante o resfriamento).

gua tem PE = 100C a 1 atm(durante o aquecimento entra emebulio a 100C ou durante oresfriamento condensa a 100C).

3. PREVISO DO ESTADOFSICO A PARTIR DOSVALORES DE PF E PE

A letra T representa a tempera-tura em que se encontra uma deter-minada substncia.

Substncia no estado slido:

Substncia no estado lquido:

Substncia no estado gasoso:

1. DIFERENCIANDO SUBSTNCIASDE MISTURAS COM AUXLIODAS CURVAS DE AQUECIMENTO

Classificao

Quando aquecemos uma amostra, podemosmedir durante o experimento a temperatura daamostra e o tempo transcorrido. Com os dados,pode-se elaborar um grfico de temperatura daamostra e o tempo transcorrido no aquecimento.Tal grfico conhecido como curva de aque-cimento.

Temos quatro tipos de curvas de aquecimentodiferentes. Acompanhe o quadro ao lado.

2. CURVA DE AQUECIMENTODE UMA SUBSTNCIA

Vamos exemplificar com a gua (PF = 0C ePE = 100C ao nvel do mar).

MDULO 2 Aquecimento e Resfriamento de Materiais


14/56

318

3. CURVA DE AQUECIMENTODE UMA MISTURA HOMOGNEA

Vamos exemplificar com uma soluo aquosa deNaCl.

4. CURVA DE AQUECIMENTODE UMA MISTURA EUTTICA

Algumas misturas de slidos denominados

eutticos fundem-se temperatura constante.ExemploSolda eletrnica uma mistura euttica: chumbo

(37%) e estanho (63%).

5. CURVA DE AQUECIMENTODE UMA MISTURA AZEOTRPICA

Algumas misturas de lquidos denominadas azeo-trpicas fervem temperatura constante.

Exemplolcool de supermercado mistura azeotrpica:

lcool (96%) e gua (4%).

6. CURVA DE RESFRIAMENTO

Outra experincia que pode ser realizada acompanhar a temperatura e o tempo transcorridodurante o resfriamento de uma amostra de ummaterial.

Curva de resfriamento de uma substncia.

Curva de resfriamento de uma mistura homogna.


15/56

319

1. HISTRICO

Dobereiner (1829)Reuniu os elementos semelhan-

tes em grupos de trs.Cada grupo recebeu o nome de

trade. Observou que a massa at-mica de um elemento da trade era,aproximadamente, a mdia aritmticadas massas atmicas dos outros dois.

Exemplo

Li

|Na

|K 7 + 39

23 = 7 23 39 2

Chancourtois (1863)Disps os elementos numa es-

piral traada nas paredes de um ci-

lindro, em ordem crescente de massaatmica. Tal classificao recebeu onome de parafuso telrico. Oselementos semelhantes apareciamnuma mesma geratriz do cilindro.

A classificao, no entanto, fun-cionou apenas at o clcio.

Newlands (1864)Disps os elementos em colunas

verticais de sete elementos em or-dem crescente de massas atmicas.

Observou que, de sete em sete ele-mentos, ha via repetio de proprie-dades, fato que recebeu o nome deLei das Oitavas.

A classificao funcionou at oclcio.

Dmitri IvannovitchMendeleev (1869)Apresentou uma classifica-

o que a base da classifica-o moderna. Adotou a seguintelei peridica: As propriedades

fsicas e qumicas dos elementosso funes peridicas de suasmassas atmicas.

Os elementos foram distribudosem oito faixas verticais (grupos hom-logos) e em 12 faixas horizontais (s-ries heterlogas), em ordem crescentede suas massas atmicas. Os gruposforam numerados de I a VIII e cadagrupo dividido em dois subgrupos.

Na poca de Mendeleev, eramconhecidos, aproximadamente, 60 ele-mentos. Os gases nobres e as terras

raras (com exceo do crio) eramdesconhecidos. Mendeleev deixoulacunas na sua tabela, reservadas paraos elementos que viriam a ser des-cobertos.

Entre o clcio e o titnio deixouuma lacuna para o elemento eka-bo-ro (abaixo do boro). Mendeleev dei-xou essa lacuna, porque o titnio noapresenta propriedades semelhantess do boro. Mais tarde, o eka-boro foidescoberto e o atual escndio.

Mendeleev previu tambm aexistncia do eka-alumnio (abaixodo alumnio; o glio) e do eka-silcio(abaixo do silcio; o germnio). Ocaso do eka-silcio ficou famoso, poistodas as propriedades previstas porMendeleev foram mais tarde verifi-cadas pelo seu descobridor, Winkler.

Na mesma poca, Lothar Meyer,trabalhando independentemente, ela-borou uma tabela semelhante deMendeleev, mas o trabalho deste l-

timo foi mais completo.

2. A LEI PERIDICA

Certas propriedades dos ele-mentos seguem um esquema repe-titivo, peridico, quando os elemen-tos so arranjados na ordem cres-

cente de seus nmeros atmicos.Isso se explica, porque as configu-raes eletrnicas dos elementosvariam periodicamente com o au-mento do nmero atmico. Assim,por exemplo, o ltio, o sdio e o po-tssio so trs metais muito se-melhantes.

Deste modo, aparece a Lei Pe-ridica, a grande generalizao daQumica: "As propriedades fsicas equmicas dos elementos so funesperidicas dos seus nmeros at-micos".

3. CONSTRUO DA TABELA

Os elementos so colocados emfaixas horizontais (perodos) e fai-xas verticais (grupos ou fam-lias), em ordem crescente denmero atmico.

Em um grupo, os elementos tm

propriedades semelhantes e, em umperodo, as propriedades so dife-rentes.

Na tabela h sete perodos.H ainda nove grupos numera-

dos de 0 a 8. Com exceo dos gru-pos 0 e 8, cada grupo est sub-dividido em dois subgrupos, A e B. Ogrupo 8 chamado de 8B e constitudo por trs faixas verticais.

Em 1985, a IUPAC determinouchamar cada coluna da tabela peri-dica de grupo. Os grupos so nume-rados de 1 a 18 conforme o esquema:

VIII

Fe, Ni, Co

Ru, Pd, Rh

VII

FClMnBrI

VI

OSCrSeMoTe

V

NPVAsNbSb

Ta

Bi

IV

CSiTiZrSn

Pb

III

BAlYIn

Tl

Th

II

BeMgCaZnSrCdBa

Hg

IHLiNaK

CuRbAgCs

Au

12345678910

1112

H F ClLi Na KBe Mg CaB AlC SiN PO S

MDULO 3 A Tabela Peridica


16/56

320

Cla

ss

ifica

o

Peri

dica

dos

Elemen

tos

com

altera

o

doss

mbo

losenom

es

dose

lemen

tos

de

104a

111

,rec

omen

da

dospe

laIUPAC

.


17/56

321

4. POSIO DOS ELEMENTOSNA TABELA

Elementos representativosou tpicos

(ltimo eltron colocado em sub-

nvel s ou p): grupos A (1, 2, 13 a 17),

esto nos extremos da tabela.

O nmero de eltrons na camadade valncia o nmero do grupo.

Exemplo: Oxignio, O(Z = 8)1s2 2s2 2p4 portanto,K L grupo2e 6e 6A ou 16

Gases nobresOito eltrons na camada de va -

lncia. Grupo 0 ou 8A ou 18.Exceo: 2He

1s2

Elementos de transio(ltimo eltron colocado em sub-

nvel d): grupos B (3 a 12), esto nocentro da tabela.

A soma do nmero de eltronsdos subnveis nsx (n 1) dy o n-mero do grupo.

Exemplo: Vandio, V(Z = 23)1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2

Soma x + y = 2 + 3 = 5 grupo 5Bou 5. Elementos de transio

interna(ltimo eltron colocado em sub-

nvel f). Esto divididos em duasclasses:

Lantandeos (metais ter-ras raras): grupo 3B e 6.o perodo.Elementos com Z de 57 a 71.

Actindeos: grupo 3B e 7.o

perodo. Elementos com Z de 89 a103.

Alguns grupos famosos1 ou 1A: metais alcalinos2 ou 2A: metais alcalinoterrosos17 ou 7A: no metais halognios16 ou 6A: calcognios18 ou 0 ou VIIIA: gases nobres

Separando os metais dos nometais, aparecem os semimetaisou metaloides, de propriedadesintermedirias s dos metais e nometais.

O silcio e o germnio so usa-

dos na fabricao de transistor.

Alguns no metais: enxofre amarelo, iodo

cinzento, fsforo vermelho, carvo preto

e fsforo branco (imerso em gua).

SOMA GRUPO3 3B (3)4 4B (4)5 5B (5)6 6B (6)7 7B (7)8 8B 1.a coluna (8)9 8B 2.a coluna (9)

10 8B 3.a coluna (10)11 1B (11)

12 2B (12)

1. PROPRIEDADES PERIDICAS E APERIDICAS

Propriedades peridicas so aquelas cujos valores crescem e decrescem sucessivamente, medida queaumenta o nmero atmico.

Exemplos: valncia, eletronegatividade, eletropositividade, energia de ionizao etc.Periodicidade dos nmeros de combinao (valncia) com os nmeros atmicos.Nmero de combinao ou valncia do elemento o nmero de tomos de hidrognio que se combina com um

tomo do elemento. A figura a seguir d os nmeros de combinao em funo do nmero atmico.

A valncia uma propriedade peridica.

MDULO 4 Tamanho dos tomos e ons


18/56

322

Propriedades aperidicas so aquelas cujosvalores sempre crescem ou sempre decrescem, medida que aumenta o nmero atmico.

Exemplos: massa atmica, calor especfico.

2. PROPRIEDADES PERIDICAS ESUAS VARIAES NA TABELA PERIDICA

Tamanho dos tomosDepende: da carga nuclear (Z). Quanto maior a carga nu-

clear, menor o tamanho. Fator dominante em um perodo. Nmero de camadas. Quanto maior o nmero

de camadas, maior o tamanho.Fator dominante em um grupo.Em um grupo, medida que aumenta o Z, aumenta

o nmero de camadas e, portanto, aumenta o tamanho.

Em um perodo, como os tomos tm o mesmo n-mero de camadas, aumentando o Z, aumenta a carganuclear e, portanto, diminui o tamanho (os el trons soatrados mais fortemente pelo ncleo).

Outros exemplosr: raio

ons isoeletrnicos: menor Z maior r

11Na+ < 9F

11p 9p

10e 10e

3Li > 3Li+

3p 3p

3e 2e

Concluso: rtomo > rction

17Cl < 17Cl

17p 17p

17e 18e

Concluso: rnion > rtomo

MDULO 5 Energia de Ionizao, Eletroafinidade e Eletronegatividade1. POTENCIAL OU ENERGIA DE IONIZAO

Primeiro potencial de ionizao de um tomo aenergia necessria (absorvida) para retirar o eltron deigao mais frouxa de um tomo no estado gasososolado.

A energia necessria para arrancar o 2.o eltron osegundo potencial de ionizao.

2.o potencial de ionizao > 1.o potencial de io-nizao.

Na(g) + 1.a

E.I. Na+(g) + e

Na+(g) + 2.a E.I. Na++(g) + e

Quanto menor o tomo, maior a energia deionizao.

Observe:

Gs nobre 1.a E.I. elevadssima


19/56

no metal 1.a E.I. elevadametal 1.a E.I. baixa

Na figura abaixo, so mostradas da primeira d -cima sexta energia de ionizao para o enxofre (Z = 16).O aumento sucessivo e pronunciado das energias deionizao resulta do fato de que cada eltron devedeixar um on que mais altamente carregado que o ondeixado pelo eltron anterior. Uma vez que as foras

atrativas entre o eltron que sai e o on aumentam, a ener-gia de ionizao tambm aumenta.

Os grandes degraus que aparecem na energia deionizao do stimo e de novo no dcimo quinto sodevidos mudana de camadas.

2. AFINIDADE ELETRNICA(OU ELETROAFINIDADE)

a energia envolvida quando um eltron adicionado a um tomo neutro isolado.

Os tomos que tm grande tendncia a recebereltron (halognios) possuem grande afinidade eletr-nica, isto , liberam grande quantidade de energia.

Geralmente, quando um tomo recebe eltron,ocorre liberao de ener gia. Em alguns casos, como nosalcalinoterrosos, a energia absorvida e no libertada.

3. ELETRONEGATIVIDADE EELETROPOSITIVIDADE

Eletronegatividade: tendncia do tomo parareceber eltron.

Eletropositividade ou carter metlico: tendncia dotomo para ceder eltron.

4. DENSIDADE (d)

a relao entre a massa e o volume de umaamostra do elemento.

d =

Cl0(g) + e Cl(g) + A.E.

mV

323


20/56

1. DEFINIO

Qumica Orgnica a parte daQumica que estuda os compostosdo elemento carbono.

2. HISTRICO

Os compostos orgnicos somanipulados pelo homem desde aAntiguidade, porm somente em1828 (marco zero) o homem conse-guiu, por intermdio de Wohler,abricar um composto orgnico emaboratrio. Esse composto co-nhecido pelo nome de ureia.

3. POSTULADOSDE KEKUL

Kekul elaborou no sculo XIXuma teoria estrutural que se fun-damenta em princpios (ou pos-ulados gerais).

a) O carbono tetravalente.

b) As quatro valncias do car-bono so iguais. Explica-se o fato deo carbono apresentar as 4 valncias

equivalentes por meio da existncia

de apenas 1 composto com frmulaCH3Cl, denominado monoclorome-tano. Se as 4 valncias no fossemequivalentes, haveria 4 compostoscom frmula CH3Cl.

c) Os tomos de carbono podem

ligar-se entre si, formando cadeias.Outros elementos podem formarcadeias, mas no to variadas comoas do elemento carbono.

4. ELEMENTOS

ORGANGENOSE SUAS VALNCIAS

5. LIGAES ENTRETOMOS DE CARBONO

Entre tomos de carbono, pode-

mos encontrar:

a) Simples-ligao: dois to-mos de carbono ligam-se por umaunidade de valncia. A representaosimblica feita por um trao simples.

b) Dupla-ligao: dois tomosde carbono ligam-se por duas uni-dades de valncia. A representaosimblica feita por dois traos.

c) Tripla-ligao: dois tomosde carbono ligam-se por trs uni-

dades de valncia. A representao feita por trs tracinhos.

6. TIPOS DE CARBONO

a)PrimrioCarbono ligado no mximo a um

tomo de carbono.

b)SecundrioCarbono ligado diretamente a

dois outros tomos de carbono.

H

Cl C H

H

Cl

H C H

H

H

H C Cl

H

H

H C H

Cl

C C C C C C C

Cadeia carbnica

C ; H ; N ; O ; P ; Cl

NH2

NH4CNO O C

NH2cianato de ureia

amnio

C C

O C

H

H C H

H

Cl

CCl

ClCl

H

C O

H

O C

H3

C C CH2 H2

H3C O CH3

H3C C CH3 H2

324

MDULO 6 Introduo Qumica Orgnica

5. VOLUME ATMICO (V.A.)

o volume de 1 mol do elemento no estado slido.

V.A. =

Exemplo

V.A.Fe = = 7cm3

/mol Descendo pelo grupo, a massa atmica crescemuito e o volume at mico aumenta. No centro, adensidade grande e o volume atmico pequeno.

massa molardensidade no estado slido

56g/mol

8g/cm3


21/56

c)TercirioCarbono ligado diretamente a trs outros tomos de

carbono.

d)QuaternrioCarbono ligado diretamente a quatro outros tomos

de carbono.

CH3

H3C C CH3

CH3

H

H3C C CH3

CH3

325

MDULO 7Estrutura e Nomes de Compostos Orgnicos:

Cadeias Carbnicas: Classificao

1. CADEIAACCLICA OU ABERTA

Quanto disposio dos tomosNORMAL (apenas duas extremi-

dades em relao ao C).ExemplosH3C C CH3

H2

CH3|CH2|

H3C CH2 CH2 CH2

RAMIFICADA (mais de duas ex-tremidades em relao ao C).

Exemplos

H|

H3C C C CH3| H2

CH3

H CH3 CH3| | |

H3C C C C C CH3| | H2 |

CH3 H CH3

NotaExistindo carbono tercirio e/ou

quaternrio, a cadeia ser ramifi-cada.

Quanto ligaoentre os tomos de carbonoSATURADA (apenas simples

ligaes entre tomos de carbono).ExemplosH3C C CH3

H2

INSATURADA (pelo menos umadupla ou tripla-ligao entre tomosde carbono).

ExemplosH C C H

H2C= C C CH3H H2

Quanto natureza dos tomosHOMOGNEA (sem heteroto-

mo).Exemplos

H3C C CH3

H2H3C C C OH

H2 H2

HETEROGNEA (com heteroto-mo).

Exemplos

H3C N CH2 CH3H

H3

C O CH3

ObservaoHeterotomo todo tomo

diferente do carbono entre outrostomos de carbono.

2. CADEIACCLICA OU FECHADA

Homocclicas AROMTICA (fechada com

ncleo benznico).

ALICCLICA (fechada no aro-mtica).

Exemplos

Heterocclicas

NotaExistem autores que consideram

cadeia aliftica como sinnimo decadeia aberta. Outros autores usamo termo aliftica com o significado decadeia no aromtica. De acordocom estes ltimos, as cadeias aliccli-

cas tambm seriam alifticas.

OO

C

CH2H2C

H2C ou

H2

CH2H2C

H2C

ou

CH2

CH2H2C ou

CH2

ou

CH

CHHC

HC

C

CH

H

OH3C C C C

H2 H2 OH


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326

MDULO 8 Hidrocarbonetos: Definio e Nomenclatura

1. HIDROCARBONETO

DefinioHidrocarboneto todo composto

orgnico formado exclusivamente decarbono e hidrognio.

ExemplosCH4; C2H2; C8H18; C6H6...

Frmula geral: CxHy

Terminao o

Tipos de hidrocarbonetos AlcanosHidrocarbonetos de cadeia aber-

a, saturada, que obedecem fr-

mula geral.

ExemplosH3C C CH3, H3C CH3, CH4 etc.H2propano etano metano

Alcenos (alquenos)Hidrocarbonetos de cadeia aber-

a, insaturada (dupla-ligao), que

obedecem frmula geral .

ExemplosH2C= CH2 (eteno)

H2C= C C CH3 etc.| H

2H 1-buteno (but-1-eno)

Pela nomenclatura IUPAC (Unionternacional de Qumica Pura e

Aplicada) de 1979, coloca-se onmero indicativo da posio dadupla-ligao antes do nome.

Exemplo: 2-pentenoPela nomenclatura IUPAC de

1993, coloca-se o nmero antes dapartcula indicativa da dupla-ligao.

Exemplo: pent-2-eno

Alcinos (alquinos)Hidrocarbonetos de cadeia aber-

ta, insaturada (tripla-ligao), que


Exemplos

H C C H (etino)H|

H C C C CH3|

H1-butino (but-1-ino)

Alcadienos (dienos)Hidrocarbonetos de cadeia aberta,

insaturada (duas duplas-ligaes), que

obedecem frmula geral .Exemplos

H2C= C= CH2propadieno

H2C= C C= CH2| |

H H1,3-butadieno (buta-1,3-dieno)

Ciclanos (cicloalcanos)

Hidrocarbonetos de cadeia fe-chada, saturada, que obedecem

frmula geral .

Exemplos

Ciclenos

Hidrocarbonetos de cadeia fecha-

da, insaturada (dupla-ligao), que


Exemplos

AromticosHidrocarbonetos de cadeia fe-

chada que apresentam pelo menosum ncleo benznico.

Exemplos

Nomenclaturade hidrocarbonetoscom cadeias normais.Nomenclatura oficial (IUPAC)

+ + O

Nmero de tomos decarbono

1C MET 5C PENT2C ET 6C HEX

3C PROP 7C HEPT4C BUT 8C OCT

Ligao entretomos de carbono

Simples

Dupla

Tripla

C C

AN

C C

EN

C C IN

N.o de Carbonos Ligao

ciclopenteno cicloexeno

(ciclo-hexeno)

CnH2n 2

CH2

H2

C

H2Cciclopropano ciclobutano

CnH2n

CnH2n 2

CnH2n 2

CnH2n

CnH

2n + 2

benzeno naftaleno


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327

MDULO 9 Nomenclatura de Hidrocarbonetos com Cadeias Ramificadas

1. GRUPOSSUBSTITUINTESOU ORGNICOS

2. NOMENCLATURA

DE HIDROCARBONETOSCOM CADEIAS RAMIFICADAS

Reconhecer a cadeia principal(maior nmero de tomos de carbo-no).

Numerar a cadeia principal(dar os menores nmeros).

Dar a localizao das ramifi-caes (substituintes).

Exemplos

Escolha da cadeia principal a de maior nmero de to-mos de carbono: HEPTANO.

Numerao da cadeia principal primeira escolha: localizando as rami -

ficaes nos tomos de carbono 3 e 6.

Nome: 3,6-dimetil-heptano (errado)

Numerao da cadeia principal segunda escolha: localizando as rami-

ficaes nos tomos de carbono 2 e 5.

Nome: 2,5-dimetil-heptano (certo),pois a soma 2 + 5 menor que 3 + 6,da numerao anterior.

Outros exemplos

ObservaoA dupla e a tripla-ligao tm

preferncia sobre o grupo substituinte(ramificao) na escolha dos menoresnmeros quando da numerao dacadeia principal.

H2C=

C C C=

C CH3| H2 H HCH32-metil-1,4-hexadieno(2-metil-hexa-1,4-dieno)

CH3 CH3| |

H3C C CH2 CH2|

HC CH3|

CH3

2,3,3-trimetil-hexano

H CH3| |H2C = C C C C CH3

| | | H2H CH2 H

3,4-dimetil-1-hexeno(3,4-dimetil-hex-1-eno)

H|

H3C C C C C CH3| H2CH3

5-metil-2-hexino(5-metil-hex-2-ino)

5 4 3 2H3C CH CH2 CH2 CH CH3

| |6 CH2 H3C 1

|7 CH3

3 4 5 6C C C C C C

| |2 C 7 C

|1 C

C C C C C C CC

C

CH3 CH3| |

HC C C CH| H2 H2 |

CH3 CH32,5-dimetil-hexano

CH3 H| |

H3C C C C C CH3| | H2 H2

H3C CH3

2,2,3-trimetil-hexano

H H| I

H3C C C CH3| I

H3C CH3

2,3-dimetilbutano

H|

H3C C C CH3| H2

H3C

2-metilbutano ou metilbutano

H3C

H3C C H2

METIL

ETIL

H3C C C H2 H2

PROPIL

H3C C CH3H

ISOPROPIL


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328

MDULO 10 Nomenclatura de Hidrocarbonetos com Cadeias Cclicas

Nos compostos de cadeia fecha-da, d-se o prenome ciclo e, em se-guida, usam-se praticamente asmesmas regras.

Exemplos

CH3

CH31,4-dimetilbenzenoparadimetilbenzeno

CH3

CH3

1,3-dimetilbenzeno

metadimetilbenzeno

CH3

CH3

1,2-dimetilbenzenoortodimetilbenzeno

-metilnaftaleno

CH3

-metilnaftaleno

CH3

naftaleno

C

C

CHH2C

H2C

H

H3-metilciclopenteno

ou

CH3

2

1

5

4 3

CH3

C C

C C CH3H

C C

H H

H H

metilbenzeno (tolueno)

ou CH3

CH2

C CH3

H2C C CH3

CH2

H

H

CH3

CH3

ou

1,2-dimetilciclopentano

CH2C

ou

C

1,1-dimetilciclopropano

H2

CH3

CH3

CH3

CH3

CHH2C

ou

C

metilciclopropano

H2CH3 CH3

CH2H2Cou

C

ciclopropano

H2


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329

1. u: UNIDADE CRIADA PARAMEDIR A MASSA DETO MOS E MOLCULAS

Para se medir a massa de to-mos e molculas, foi criada uma uni-dade compatvel com essa massaextremamente reduzida. a unidadeunificada de massa atmica, u.

Ficou estabelecido que a u

da massa do istopo 12 do car-

bono (tomo do carbono com 6prtons, 6 nutrons; portanto, nmerode massa 12).

A massa, em grama, da u 1,66 x 1024g.

2. A MASSA ATMICA (MA)

a massa de um tomo expres-sa em u.

Para poder entender o que massa atmica, vamos considerar

uma balana hipottica, suscetvel massa de tomos. Com ela, pesare-mos os tomos.

O tomo mais leve que existe ohidrognio comum, constitudo porum prton e um eltron. Sua massaatmica vale 1,008u e usada nosclculos como aproximadamente 1u.Entre os mais pesados, est o ur-nio. Sua massa atmica de238,03u, cerca de 238u.

3. A MASSA MOLECULAR (MM)

a massa de uma molculaexpressa em u.

obtida somando-se as massasatmicas dos tomos que constituema molcula.

ExemploH2O gua. A molcula da gua

formada por dois tomos dehidrognio e um de oxignio. Amassa atmica do hidrognio 1u ea do oxignio, 16u. Assim, a massamolecular da gua dada por:MMH2O

= 2 . 1u + 1 . 16u = 18u.

112

MDULO 2 Mol e Massa Molar1. MOL

Como tomos e molculas somuitssimo pequenos e sua quan-tidade extremamente grande numadada poro de um material, umsistema conveniente adotado pelosqumicos o de cont-los em gruposde 6,02 . 1023 (nmero de Avoga-dro). Assim, foi desenvolvida uma uni-

dade de contagem cujo nome mol.

Exemplos1 mol de tomos = 6,02 . 1023 to-

mos1 mol de tomos de urnio =

= 6,02 . 1023 tomos de urnio

1 mol de molculas = 6,02 . 1023 mo-lculas

1 mol de gua = 6,02 . 1023 mo-lculas de gua

1 mol de eltrons = 6,02 . 1023 el-trons

1 mol de nutrons = 6,02 . 1023 nu-trons

1 mol de ons SO24 =

= 6,02 . 1023 ons SO24

Mol a unidade de quan-tidade de matria quecontm 6,02 . 1023 part-culas (tomos, molculas,ons etc. ...).

MDULO 1Teoria Atmico-Molecular:

Massa Atmica e Massa Molecular

FRENTE 3 Qumica Geral e Inorgnica e Fsico-Qumica


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330

2. MASSA MOLARDE UM ELEMENTO (M)

a massa, em gramas, de 1 molde tomos (6,02 . 1023 tomos) doelemento. Ela numericamente igual sua massa atmica. Assim, sa-bendo-se que a massa atmica do

urnio 238u, a massa molar dournio igual a 238 gramas/mol.

3. MASSA MOLARDE UMA SUBSTNCIA (M)

a massa em gramas de 1 molde molculas (6,02 . 1023 molculas)da substncia. Ela numericamen-te igual sua massa molecular.Assim, se a massa molecular dagua 18u, a sua massa molar

igual a 18 gramas/mol.

4. RESUMO

1 mol de 6,02 . 1023 tomos MA(g)tomos

1 mol de 6,02 . 1023 molculas MM(g)molculas

MDULO 3 Quantidade de Matria

1. QUANTIDADE DE MATRIA (n)

Indica a quantidade de partculas em mols numadeterminada massa do elemento ou da substncia.

Pode ser determinada pela relao entre a massado elemento ou substncia e a sua massa molar.

n = ou n =

Exemplos1) Se temos 595g de urnio, e sabendo que a sua

massa molar 238g/mol, calculamos:

n = = 2,5 mol de tomos de urnio.

2) Se temos 27g de gua, e sabendo que suamassa molar 18g/mol, calculamos:

n = = 1,5 mol (de molculas de gua).

Notas1) Ainda existem autores que usam a expresso

obsoleta nmero de mols como sinnimo dequantidade de matria.

2) No Brasil, o nome da unidade mol (plural mols)e o smbolo tambm mol. Nos demais pases, o nomeda unidade mole (plural: moles) e o smbolo mol.Lembre-se de que o smbolo no admite plural.

2. MOL COLEO DE PARTCULAS

O termo MOL significa uma coleo de 6,02 . 1023

partculas, ou seja, o nmero de Avogadro de

partculas.

mM

Utilizando onome da unidade

Utilizandoo smbolo

3 gramas 3g

3 mols 3 mol

27g

18g/mol

595g238g/mol

massamassa molar


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331

3. MOLS DE TOMOSNA MASSA MOLARDA SUBSTNCIA

Vamos imaginar uma molculaformada por 3 tomos de carbono, 8tomos de hidrognio e 1 tomo deoxignio. Sua frmula molecular C3H8O1.

Admita agora que em um reci-piente haja 6,02 . 1023 molculas deC3H8O, ou seja, 1 mol de molculas.O nmero de tomos de cadaelemento ser:

C : 3 . 6,02 . 1023 tomos = 3 mols detomos de C.H : 8 . 6,02 . 1023 tomos = 8 mols de

tomos de H.O : 1 . 6,02 . 1023 tomos = 1 mol detomos de O.

Assim, dada a frmula molecular,temos a quantidade, em mols, decada elemento no mol da substncia.

C3H8O

O que se conclui que em qual-quer massa de uma substncia a re-lao entre as quantidades, em mols,dos elementos igual relao entreos respectivos nmeros de tomosna molcula.

Nos exerccios usaremos o se-guinte esquema:

Para entender como isso seaplica aos exerccios, vamos efetuaras operaes passo a passo.

MODELO

1.o PassoPela frmula, C3H8O, sabemos

que 1 mol do composto tem 3 molsde tomos de carbono. Podemosescrever:

2.o

PassoO problema pede o nmero detomos de carbono em 6 gramas docomposto. Vamos substituir o mol demolculas pela massa molar e o molde tomos por 6,02 . 1023 tomos.MMC3H8O

= 3 . 12u + 8 . 1u + 16u = 60u

Massa molar = 60g/mol

C3H8O C 1 mol 3 mols de tomos

60g 3 . 6,02 . 1023tomos de carbono

3.o PassoFinalizando, como a pergunta

qual o nmero de tomos de car-bono (x) em 6g do composto, ob-tm-se:


60g 3 . 6,02 . 1023 tomos de C6g xx = 1,806 . 1023 tomos de carbono


Qual o nmero de tomosde carbono em 6g de C

3H

8O?

Dados: C = 12u, H = 1u, O = 16u,N.ode Avogadro = 6,02 x 1023.

Umamolculatem

Um molde molculas

tem

3 tomos de carbono8 tomos de hidrognio1 tomo de oxignio

3 mols de tomosde carbono8 mols de tomosde hidrognio1 mol de tomosde oxignio

1 MOL DE TOMOS = 6,02 .1023 TOMOS

1 MOL DE NUTRONS = 6,02 . 1023 NUTRONS

1 MOL DE ELTRONS = 6,02 . 1023 ELTRONS

MDULO 4 Porcentagem e Volume Molar

1. FRMULA PORCENTUALOU CENTESIMAL

A frmula percentual de um com-posto fornece as porcentagens emmassa de cada elemento no composto.

A frmula percentual da gua(frmula molecular H2O) :

O : 88,89% H : 11,11%

Isso significa, por exemplo, queem 100g de gua h 88,89g deoxignio e 11,11g de hidrognio.

A quantidade em mols de cadaelemento no mol da substncia per-mite calcular facilmente a frmula

percentual. Na verdade, s respon -

der quantos gramas de cada ele-mento h em 100g do composto.

MODELO 1

Vamos comear lembrandoque em 1 mol de C3H8O h 3 mols detomos de carbono.

Como a massa molar do C3H8O 60g/mol, e a massa molar do C 12g/mol, temos:

C3H8O C

1 mol 3 mols de tomos

60g 3 . 12g

Finalmente, como queremos sa-ber a frmula percentual do C3H8O,vamos calcular quantos gramas decarbono h em 100g do composto:

C3H8O C

1 mol 3 mols de tomos 60g 3 . 12g

100g x

x = 60g 60% de carbono

Qual a frmula percentualdo C3H8O?C = 12u, H = 1u, O = 16u.


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332

O mesmo ser feito para ooxignio e o hidrognio.

C3H8O O

1 mol 1 mol de tomos

60g 1 . 16g

100g x

x = 26,66g 26,66% de oxignio

C3H8O H

1 mol 8 mols de tomos

60g 8 . 1g100g x

x = 13,33g 13,33% de hidro-gnio

C = 60,00%Frmula

H = 13,33%Percentual {O = 26,66%

2. PORCENTAGEM

Muitos outros exerccios em Qu-mica envolvem o conceito de porcen-tagem estudado em Matemtica.

MODELO 2

Clculo da massa molar da H2OMassa molar =

= 2 . 1g/mol + 16g/mol = 18g/mol

Clculo da massa molar doMgSO4 . 2H2O

Massa molar = 24g/mol + 32g/mol+

+ 4 . 16g/mol + 2 . 18g/mol = 156g/mol

Como em 1 mol do sal deEpson existem 2 mols de gua,temos:

1 mol de 2 mols

MgSO42H2O de H2O

156g 2 . 18g

100g x

x = 23,0g de H2O 23,0% deH2O

MODELO 3

Dizer que a porcentagem de oxi-gnio na vitamina A de 5,6% signi-fica que cada 100g de vitamina Acontm 5,6g de oxignio.

1 mol de 1 mol de Ovitamina A

xg 16g

100g 5,6g

x = 285,7g

M = 285,7g/mol

3. HIPTESE DE AVOGADRO

Sejam trs recipientes de mesmovolume (1 litro, por exemplo) contendo,respectivamente, gs carbnico (CO2),oxignio (O2) e metano (CH4). Vamossupor tambm que esses gases seencontrem mesma temperatura e

presso.

Avogadro, baseado nas leis pon -derais e volumtricas, sugeriu que,nesses recipientes, o nmero de mo-lculas fosse o mesmo. Esta afirma-o tornou-se conhecida comoHIPTESE DE AVOGADRO, hoje acei-ta como PRINCPIO DE AVOGADRO.

Volumes iguais de gasesquaisquer, quando medidosnas mesmas condies detemperatura e presso, encer-ram o mesmo nmero de mo-lculas.

4. VOLUME MOLAR

o volume ocupado pelo mol.Nas condies normais de tempera-

tura e presso, 1 mol de qualquer gsperfeito ocupa o volume de 22,4 li-tros.

CNTPP = 1 atm = 760mmHg = 101325Pa{T = 273K = 0C

Assim:

CN1 MOL 22,4L

CNM 22,4L

CN6,02 . 1023 molculas 22,4L

NotaRecentemente a IUPAC mu dou o

valor da presso normal para100000Pa = 1 bar. O volume de 1 molde gs a 0C e 100000Pa 22,7 litros.

A vitamina A tem 5,6% deoxignio, alm de carbono ehidrognio, e possui um to-mo de oxignio na molcu-la. Qual a massa molar da vi-tamina A, aproximadamen-te? (O = 16u)

Qual a porcentagem degua no sal de Epson(MgSO4 . 2H2O) ?

Dados: Massas molares emg/mol:Mg = 24, S = 32, O = 16, H = 1.


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1. AS FRMULAS

As substncias puras tm com-posio constante. Isso significa queuma amostra de gua pura, qualquerque seja sua origem, tem sempre a

mesma composio. Isso permiterepresentar as substnciaspor frmulas.

Basicamente, vamos utilizar nosnossos estudos os seguintes tipos defrmulas:

Frmula molecular a frmula que indica o nmero

de tomos de cada elemento namolcula.

A frmula molecular da glicose

C6H12O6. Isso significa que na mol -cula de glicose existem 6 tomos decarbono, 12 tomos de hidro-gnio e 6 tomos de oxignio.

Frmula mnimaou emprica a frmula que indica a propor-

o mnima de tomos de cada

elemento. Na frmula mnima essaproporo expressa pelos menoresnmeros inteiros possveis. A fr-mula mnima tambm conhecidacomo frmula emprica ou este-quiomtrica. A frmula mnima a

frmula molecular simplificada.Note que, a partir da frmula m-nima, conhecendo-se a massa mole-cular do composto, sabemos a fr-mula molecular.

Frmula percentual(em massa) a frmula que indica as por-

centagens em massa de cada ele-mento constituinte da substncia.

No caso da glicose, a frmulapercentual :

C : 40%; H : 6,7%; O : 53,3%

Determinaoda frmula mnimaO princpio para se determinar a

frmula mnima de um composto aproporo em mols de cada elementoexistente em dada quantidade de

substncia. Como j sabemos que,com a frmula molecular, temos dire-tamente a quantidade em mols de ca-da elemento, vamos usar o raciocnioinverso. Conhecendo-se a quantidadeem mols de cada elemento, sabemosimediatamente a frmula do com-posto. Os problemas geralmentetrazem os dados dos elementos queformam o composto em gramas,porcentagem em massa, nmero detomos ou mols de tomos. Para isso,

voc vai utilizar o esquema abaixo.

F. Mnima MM(u) F. Molecular

CH2O 30 CH2O

CH2O 60 C2H4O2CH2O 90 C3H6O3CH2O 180 C6H12O6

MDULO 5 Frmulas

Substncias Frmula Molecular Frmula Mnima Frmula Percentual

glicose C6H12O6 CH2O C: 40%; H: 6,7%; O: 53,3%

cido sulfrico H2SO4 H2SO4 H: 2,04%; S: 32,65%; O: 65,30%

gua H2O H2O H: 11,11%; O: 88,89%

gua oxigenada H2O2 HO H: 5,88%; O: 94,11%

eteno C2H4 CH2 C: 85,71%; H: 14,29%

buteno C4H8 CH2 C: 85,71%; H: 14,29%

benzeno C6H6 CH C: 92,30%; H: 7,70%

butano C4H10 C2H5 C: 82,75%; H: 17,25%

Na tabela acima, voc encontra substncias com suas frmulas. Note que substncias diferentes com a mesma frmula mnima tm tambm

a mesma frmula percentual.


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1. CLCULO ESTEQUIOMTRICO

o clculo das quantidades de reagentes eprodutos que participam de uma reao qumica ou dopreparo de qualquer produto.

Essas quantidades podem ser expressas dediversas maneiras:

massa volume quantidade em mols nmero de molculasO clculo estequiomtrico baseia-se na Lei de

Proust, que permite a aplicao de propores (regrade trs) para sabermos, previamente, a massa ou ovolume necessrio ou produzido numa reao qumica.

Os coeficientes mostram-nos a proporo, em mols,dos participantes da reao qumica.

Como sabemos, 1 mol est relacionado comdiversas grandezas, como se segue:

Vejamos, agora, o quadro abaixo, que mostraquantidades envolvidas em uma reao qumica. Soconhecidas as massas molares: CO(28g/mol);O2(32g/mol); CO2(44g/mol).

2. REGRAS GERAIS PARAO CLCULO ESTEQUIOMTRICO

Escrever a equao qumica do processo.Exemplo: Combusto do monxido de carbono.CO + O2 CO2 Acertar os coeficientes estequiomtricos da

equao.Exemplo : 2 CO + O2 2CO2Assim, voc ter a proporo em mols entre os

participantes. Esses coeficientes lhe daro uma ideiada relao segundo a qual as substncias secombinam.

Montar a proporo basean do-se nos dados e nasperguntas do problema (massa-massa, massa-quan-

tidade em mols, massa-volume etc.).

Utilizar regras de trs para chegar resposta.Exemplos

Resoluomassa volume

(CNTP)

2 CO(g) +

1.32g 2.22,4L =

16g x

16g . 2 . 22,4L

x = = 22,4L32g

Resposta: 22,4L de gs carbnico ou 22,4dm3.

Resoluomol volume

(CNTP)

+ 1O2(g)

2 mols 2.22,4L =

x 4,48L

4,48L . 2 molsx = = 0,2 mol

2 . 22,4L

Resposta: 0,2 mol de monxido de carbono.

Resoluomols mols

2 CO(g) +

1 mol 2 mols =

x 5 mols5 mols . 1 mol

x = = 2,5 mols2 mols

Resposta: 2,5 mols de gs oxignio.

massa: M.M. em gramasvolume

1 mol {de gs : 22,4dm3nas CNTPmolculas: 6.1023 molculas

2CO(g) + 1O2(g) 2CO2(g)mols 2 mols 1 mol 2 mols

massas 2 . 28g 1 . 32g 2 . 44g

volumesnas CNTP

2 . 22,4L ou2 . 22,4dm3

1 . 22,4L ou1 . 22,4dm3

2 . 22,4L ou2 . 22,4dm3

molculas 2 . 6 . 1023

molculas1 . 6 . 1023

molculas2 . 6 . 1023

molculas

2CO2(g)1O2(g)

3. Qual a quantidade em mols de

oxignio necessria para produzir 5 molsde gs carbnico?

2 CO2(g)2 CO(g)

2. Qual a quantidade em mols demonxido de carbono necessria paraformar 4,48L de gs carbnico, nasCNTP?

2CO2(g)1O2(g)

1. Qual o volume de gs carbnico, nasCNTP, quando empregamos 16g de

oxignio na reao com monxido decarbono?

MDULO 6Clculo Estequiomtrico: Coeficientes:

Proporo entre as Quantidades de Matria


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MDULO 7 Reagente em Excesso, Pureza e Rendimento

1. REAGENTE EM EXCESSO

Quando o problema fornece asquantidades de dois reagentes,provavelmente um deles est emexcesso, pois, caso contrrio, bas-taria dar a quantidade de um deles ea quantidade do outro seria cal-culada. Para fazer o clculo este-quiomtrico, baseamo-nos no rea-gente que no est em ex-cesso (reagente limitante). Pa-ra isso, o primeiro passo deter-minar o reagente em excesso.

Exemplo

Resoluo Verificar qual a substncia em

excesso.2 mol de H2 reagem com 1 mol de O2.

4g de H2 32g de O23g de H2 x

3g x 32gx = = 24g de O24g

Como 3g de H2 reagem com 24gde O2, existindo no recipiente 30gde O2, conclui-se que sobram30g 24g = 6g de O2 em excesso(sem reagir).

Clculo da quantidade de gua.2 mol de H2 2 mol de H2O

4g 36g3g y

3g x 36gy = = 27g de H2O4g

2. PUREZA

Muitas vezes, a substncia rea-gente est acompanhada de impu-

rezas. Surge ento o conceito depureza. Por exemplo:Fe2O3 com 80% de pureza signi-

fica que em 100g de Fe2O3 impuro(Fe2O3 + areia + etc.) existem 80g deFe2O3 puro e 20g de impurezas(areia etc.). Assim, se numa reaoestamos usando 150g de Fe2O3 com80% de pureza, significa que amassa real de Fe2O3 120g, ou seja,

. 150g = 120g.

Essa pureza pode ser deter-minada pelo quociente entre a massada substncia pura e a massa totalda amostra.

massa da subst. puraP = x 100

massa da amostra

Essa porcentagem de purezaindica qual a real quantidade de umasubstncia na amostra fornecida.

Exemplo

Resoluo100g de calcrio 80g de CaCO3200g de calcrio x

3. RENDIMENTOQuando o problema no faz refe-

rncia, considera-se rendimento de100%, isto , a quantidade de pro-duto formada aquela calculada deacordo com os coeficientes este-quiomtricos. No entanto, em razode vrios motivos, a quantidade de

produto obtida menor que a cal-culada. Quando dizemos rendimentode 90%, significa que na prticaobtm-se 90% da quantidade cal-

culada de acordo com os coeficientes.O rendimento pode ser calculadopelo quociente entre a quantidadereal obtida e a quantidade teo-ricamente calculada.

quantidade realR = x 100

quantidade terica

Exemplo

Dadosmassa molar do CaCO3 = 100g/mol

Resoluo1 mol de CaO 1 mol de CO2 1 mol deCaCO32 mol de CaO 2 mol de CO2 x

1 mol de CaCO3 100g2 mol de CaCO3 y

200g de CaCO3 100% de rendimentoz 60% de rendimento

z = 120g de CaCO3

y = 200g de CaCO3

x = 2 mol de CaCO3

Qual a massa de CaCO3obtida na reao de 2 mol deCaO com 2 mol de CO2, se orendimento for 60%?

CaO + CO2 CaCO3

x = 160g de CaCO3

Qual a massa de CaCO3presente em uma amostrade 200g de calcrio, cujapureza de 80%?

80100Na reao:

2 H2 + O2 2 H2Ocolocando-se em presena3g de hidrognio e 30g deoxignio, qual a massa degua formada?


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MDULO 8 Termoqumica: Reaes Exotrmicas e Endotrmicas

1. PROCESSO EXOTRMICO E ENDOTRMICO

Todas as reaes qumicas e todas as mudanasde estado fsico liberam ou absorvem calor.

Exemplo: mudanas de estados fsicos

Exemplo: reaes qumicas

A queima da grafita libera calor para o meioambiente (reao exotrmica).C(gr) + O2(g) CO2(g) + calor A decomposio trmica do xido de mercrio

(II) necessita de calor do meio ambiente (reao en -dotrmica).

HgO(s) + calor Hg(l) + O2(g)

2. CALOR DE REAO

O calor liberado ou absorvido por uma reao qu -mica recebe o nome de calor de reao, podendo

ser medido em joules, quilojoules, calorias ouquilocalorias.

O calor de reao pode ser determinado experi-mentalmente (com um calormetro) ou por meios tericos(sero vistos nas aulas seguintes).

Esquema de um calormetro a volume constante:

O calor envolvido na reao faz aumentar ou diminuira temperatura da gua, portanto, podemos concluir:

Qreao = QguaQgua = m . c . t

Q = quantidade de calorm = massa em gramasc = calor especfico da gua

t = variao da temperatura

3. ENTALPIA (H)

A queima da grafita, representada pela equaoqumica a seguir, libera energia na forma de calor.

C(gr) + O2(g) CO2(g) + calorDe onde veio essa energia na forma de calor?

Resposta: a energia liberada na forma de calorestava contida nos reagentes (grafita e oxignio), equando eles se transformaram no produto (gscarbnico), essa energia foi liberada.

possvel, ento, concluir que cada substnciadeve apresentar um certo contedo de energia,denominado entalpia e representado pela letra H.

O valor numrico do calor proveniente dadiferena: Hfinal Hinicial.

Calor = Hfinal Hinicial

4. VARIAO DE ENTALPIA (H)

No conhecida nenhuma maneira de determinar aentalpia de uma substncia. Na prtica, o queconseguimos medir a variao de entalpia (H)

de um processo, utilizando calormetros.O H corresponde ao calor liberado ou absorvido

durante o processo, realizado a presso constante. Oclculo da variao da entalpia dado pela expressogenrica:

H = Hfinal Hinicial

H = calor liberado ou absorvido em qualquerprocesso fsico e qumico (presso constante).

C(gr) + O2(g) CO2(g) + calor

Hinicial Hfinal

)cal1

g. oC(

Processos exotrmicos liberam calor

Processos endotrmicos absorvem calor


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5. H NAS REAES QUMICAS

Em uma reao qumica o estado inicial dadopelos reagentes e o estado final, pelos produtos. Veja oesquema:

Hinicial = Hreagentes = Hr Hfinal = Hprodutos = Hp

CALOR DA REAO = H = Hp Hr

6. H NAS REAES EXOTRMICAS

O sistema perde energia, pois calor liberado.

Hprodutos < HreagentesHp < HrHp Hr < 0

H < 0

H

H < 0 indica reao exotrmica

Exemplo

Cr(gr) + O2(g) CO2(g) H = 394kJ

Interpretao: quando 1 mol de Cgrafita reagecom 1 mol de O2(g) a fim de originar 1 mol de CO2(g),a reao libera 94 kcal para as vizinhanas.

Outra maneira de representar uma equaoqumica de uma reao exotrmica:

Cr(gr) + O2(g) CO2(g) + 394kJ

Graficamente, temos:

7. H NAS REAES ENDOTRMICAS

O sistema ganha energia, pois calor absorvido.Hprodutos > HreagentesHp > HrHp Hr > 0

H > 0

H

H > 0 indica reao endotrmica

Exemplo

HgO(s) Hg(l) + O2(g) H = + 91kJ

Interpretao: quando 1 mol de HgO(s) se de-compe em um 1 mol de Hg(l) e 1/2 mol de O2(g), areao absorve 91kJ das vizinhanas.

Outra maneira de representar uma equao

qumica de uma reao endotrmica:

HgO(s) + 91kJ Hg(l) + O2(g)

Graficamente, temos:

H depende

da quantidade das substnciasCgrafita + O2(g) CO2(g)1mol 1mol 1mol

H = 94kcal (25oC, 100 kPa)libera 94kcal

2Cgrafita + 2O2(g) 2CO2(g)2mol 2 mol 2 mol

H = 188kcal (25oC, 100 kPa)libera 188kcal

A quantidade de calor de um processo (H) diretamente proporcional quantidade dematria (mols) de seus participantes.

calor absorvido

calor liberado

ProdutosReagentes

Estado finalEstado inicial

REAO QUMICA

337


34/56

do estado fsico das substncias

Assim, a sntese da gua slida libera mais calorque a sntese da gua gasosa e gua lquida.

do estado alotrpicoCgrafita + O2(g) CO2(g)

H = 94kcal

Cdiamante+ O2(g) CO2(g)

H = 94,5kcal

A substncia simples diamante tem um contedo

energtico maior que a substncia simples grafita, poisna sua combusto libera mais calor. da temperatura e da presso (se houver gs na

reao)A temperatura fixada em 25C.A presso fixada em 100 kPa.

NotaQuando a reao realizada a 25C e 100 kPa, o

H chamado de padro e simbolizado por H0.

ExemploCgrafita + O2(g) CO2(g) H

0 = 394kJ

H2O(g)

H2O(l)

H2O(s)

H = 70kcal

H2(g) + O2(g)1

2

H = 58kcal

H = 68kcal

338

MDULO 9 Lei de Hess: Clculo de Calor de Reao

1. INTRODUO

Existem reaes em que muitodifcil medir o H da reao. Hvrios motivos para essa dificuldade;algumas so explosivas, outras muitoentas e h tambm aquelas que

apresentam rendimento muito baixoou que formam outros produtos almdos desejados.

2. LEI DE HESS

Hess descobriu um mtodo decalcular o H de uma reao semrealiz-la, desde que se conheamalguns outros valores adequados deH.

Vamos examinar a oxidao docarbono, na forma de grafita, re-presentada por C(gr), a dixido decarbono.

C(gr) + O2(g) CO2(g)H = 393,5kJ

Pode-se imaginar que essa rea-o acontea em duas etapas. Aprimeira a oxidao do carbono amonxido de carbono.

C(gr) + 1/2O2(g) CO(g)H

1= ?

No fcil fazer a medidaexperimental, pois no se consegueimpedir a combusto da grafita adixido de carbono.

A segunda etapa a oxidaodo monxido de carbono a dixido

de carbono:

CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g)

H = 283kJ

Somando as duas etapas, temos:

C(gr) + 1/2O2(g) CO(g)

H1 = ?

CO(g) + 1/2O2(g) CO2(g)

H2 = 283kJC(gr) + O2(g) CO2(g)

H = 393,5kJ

H = H1 + H2 393,5kJ = H1 + ( 283,0kJ)

H1 = 110,5kJ

Representando em um diagrama:

Conclumos que o enunciado daLei de Hess :

A variao de entalpia de

uma reao igual soma dasvariaes de entalpia das eta-pas intermedirias.

H = H1 + H2 + ...

Vamos ver outro exemplo deaplicao da Lei de Hess.

Considere a equao:2C(gr) + 3H2(g) + 1/2O2(g) C2H6O(l) H = ?


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O valor do H dessa reaopode ser calculado a partir de outrastrs equaes:

I. C(gr) + O2(g) CO2(g)

H = 394kJ

II. H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l)

H = 286kJ

III. C2H6O(l) + 3O2(g)

2CO2(g) + 3H2O(l)

H = 1368kJ

Vamos trabalhar com as equa-es I, II e III, de modo que a somadelas nos permita obter a equao

termoqumica desejada. Para isso,devemos:a) multiplicar a equao I por 2

para obter 2C(gr);b) multiplicar a equao II por 3

para obter 3H2(g);c) inverter a equao III para

obter C2H6O(l) no produto.

Ento, obtemos:

2C(gr) + 2O2(g) 2CO2(g)

H = 788kJ

3H2(g) + 3/2O2(g) 3H2O(l)

H = 858kJ

2CO2(g) + 3H2O(l)

C2H6O(l) + 3O2(g)

H = + 1368kJ2C(gr) + 3H2(g) + 1/2O2(g)

C2H6O(l) H = 278kJ

Observaes Quando uma equao termo-

qumica multiplicada ou divididapor um determinado valor, seu Htambm ser multiplicado ou divididopelo mesmo valor.

Quando uma equao termo-qumica for invertida, o sinal de seuH tambm ser invertido.

A Lei de Hess aborda a varia-o de entalpia de combusto, as-sunto que ser estudado a seguir.

3. ENTALPIA-PADRODE COMBUSTO: H0C

a variao de entalpia (H0C)por mol de uma substncia que queimada em uma reao de com-busto em condies-padro (100kPa, 25C).

Exemplos

Combusto da grafitaC(gr) + O2(g) CO2(g)

H0C = 393,5kJ

Combusto do etanol

C2H6O(l) + 3O2(g)

2CO2(g) + 3H2O(l)

H0C = 1368kJObservao

As entalpias-padro de reao,simbolizadas por H0, indicam rea-es nas quais os reagentes e pro-dutos esto em seus estados-padro(100 kPa e 25C).

Nota

H0C = pode tambm ser cha-

mado de calor de combusto

339

MDULO 10 Clculo do H a partir dos Calores de Formao

1. ENTALPIA-PADRO DE FORMAO: H0f

a variao de entalpia (H0f ) na reao deformao de 1 mol de uma substncia a partir de subs-tncias simples no estado-padro (100 kPa, 25C).

O estado-padro de uma substncia simples aforma fsica e alotrpica mais abundante em queela se apresenta a 25C e 1 atm.

H2(g) padro

Fe(s) padro

Br2(l) padro

H2(l) no padro

Fe(l) no padro

Br2(v) no padro

O2 (g) padro

C (gr) = grafita padro

O3 (g) no padro

C (d) = diamante no padro

Srmbico padro

Smonoclnico no padroExemplos

H0f = 68kcal

entalpia de formao

da gua lquida

H0f = + 19kcal

Sromb: enxofre rmbico entalpia de formao

do sulfeto de

carbono lquido

C(gr) + 2Sromb CS2(l)

1H2(g) + O2(g) H2O(l)2


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H0f = + 34kcal

entalpia de formao

do oznio gasoso

2C(gr) + 3H2(g)+ 1/2O2(g) C2H6O(l) H0f = 278kJ

entalpia de formaodo etanol

H0f : pode tambm ser chamado de calor de

formao.

Importante

Substncia simples no estado-padro Hf0 = 0

Hf0 de H2(g) = 0 Hf

0 de H2(l) 0

Hf0 de N2(g) = 0 Hf

0 de N2(l) 0

Hf0 de Br2(l) = 0 Hf

0 de Br2(g) 0

Hf0 de Na(s) = 0 Hf

0 de Na(l) 0

Hf0 de O2(g) = 0 Hf

0 de O3(g) 0

Hf0 de C(gr) = 0 Hf

0 de C(d) 0

2. CLCULO DO H PELO MTODO

DAS ENTALPIAS DE FORMAO

As entalpias de formao das substncias podem

ser usadas para calcular o H de uma reao. Para isto,

aplicamos a seguinte frmula:

: somatria

Seja uma equao genrica:

aA + bB cC + dD H = ?

a.H0fA b.H0fB c.H

0fC d.H

0fD

H0 = H0f produtos H0f reagentes

H0 = [c . H0fC + d . H0fD] [a . H

0fA + b . H

0fB]

3. EXEMPLO

Calcular o H do processo:

CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)

Reao CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)

H0f(kcal/mol) 17 0 94 2 (68)

17 94 136 = 230

H0 = H0fprodutos H0freagentes

H0 = 230 (17)

3 O2(g) O3(g)

2

H0 = 213kcal

H0 = H0f produtos H0f reagentes

Tabela de Hf (kcal/mol)

C(gr) zero CH3OH(l) 57,0 NaCl(s) 98,6 CH4(g) 17,0

C(d) +0,5 O2(g) zero N2(g) zero H2O(l) 68

CO2(g) 94,0 O3(g) +34,0 NH3(g) 11,0 CS2(l) +19

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1. CONCEITO DE QUMICA

Qumica a cincia que estuda aconstituio, as propriedades e astransformaes das substncias.

A Qumica o ramo da cinciaque procura responder s seguintesquestes: de que se compem assubstncias? Qual a relao entre assuas propriedades e sua compo-sio? Como reage uma substnciacom outra? importante para o qu-mico saber a resposta a essas per-

guntas, no porque precise des co-brir novos plsticos, novos remdios,novas ligas, mas sim porque querentender o mundo que o rodeia.

2. TEORIA ATMICA CLSSICA

1803, John Dalton, em sua teo-ria, sups:

toda matria fundamental-mente constituda de tomos;

tomos no podem ser subdi-

vididos nem transformados e so ma-cios. Transformaes qumicas na-

da mais so que unio ou separaode tomos.

3. MATRIA

tudo o que ocupa lugar noespao fsico e tem massa.

Exemplos: gua, madeira, fer-ro, petrleo, ar etc.

4. ELEMENTO QUMICO

Elemento o conjunto de tomosiguais.

5. MOLCULA

Molcula um agrupamento detomos, iguais ou diferentes, ligados.

2N N2Frmula molecularFornece o nmero de tomos de

cada elemento existente na molculada substncia.

ndice: indica o nmero de to-mos do elemento na molcula.

6. SUBSTNCIA PURA a espcie de matria constituda

por molculas quimicamente iguais.Exemplos: gua: H2O

Gs cloro: Cl2

Substncia simples formada por um nico ele-

mento qumico.Exemplos: H2 (hidrognio), O2

(oxignio), I2 (iodo), Fen (ferro), O3(oznio), S8 (enxofre) etc.

Substncia composta oucomposto formada por mais de um

elemento qumico.Exemplos: C6H12O6 (glicose),

CO2 (gs carbnico), C10H8 (naf-taleno), C6H6 (benzeno), H2SO4 (cidosulfrico) etc.

7. MISTURA

a reunio de duas ou maissubstncias diferentes.

Exemplos: ar (N2 + O2 + Ar + CO2),lcool hidratado (C2H6O + H2O), ga-

solina (mistura de hidrocarbonetos,CxHy), gua do mar (gua + sais),ouro 18K (75% de Au e 25% de Ag ou

Cu), lato (Cu + Zn), ao (Fe + C) etc.

ObservaoMistura no tem frmula.Normalmente, indicada a fr-

mula dos componentes.

As molculas de gs nitrognio(N2) e de cloreto de hidrognio (HCl)permanecem inalteradas, emboraestejam juntas.

Substnciapura

Simples: Cl2

Composta: H2Oe

Substncia Frmula

gua H2O

acar(sacarose) C12H22O11

amnia NH3lcool C2H6O

fsforo P4oznio O3

gua oxigenada H2O2

Elemento Smbolo

Hidrognio H

Carbono C

Sdio Na (Natrium)

Cloro Cl

MDULO 1Substncia e Mistura: Substncia Simples,

Substncia Composta e Mistura

FRENTE 4 Qumica Geral e Inorgnica


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342

1. ALOTROPIA

Um elemento qumico pode dar ori-gem a diversas substncias simplesdiferentes, chamadas de altropos.

Exemplos: Carbono:C

ngrafita (arranjo hexagonal dos

tomos).Cn diamante (arranjo cbico dos

tomos).Diamante e grafita apresentam

estruturas cristalinas diferentes.Oxignio:O2 oxignio (atomicidade igual a

2), incolor.O3 oznio (atomicidade igual a

3), azul.Os altropos apresentam pro-

priedades qumicas semelhantes epropriedades fsicas diferentes, e um

deles apresenta maior estabilidadeque o outro.

Observao: Outros elemen-tos, alm de carbono e oxignio, po-dem apresentar o fenmeno da alo-tropia. Como exem plos, podemoscitar:

2. FULERENOS

Em 1985, foi divulgada em umapublicao cientfica a descoberta deuma molcula tridimensional de car-bono, na qual 60 tomos formam umaesfera com 12 pentgonos e 20hexgonos, como uma bola de futebol.Em homenagem ao arquiteto e pen-sador norte-americano BuckminsterFuller, a molcula foi denominadabuckminsterfullerene ou simples mentebuckyball ou futeboleno.

Outras molculas de carbonoforam descobertas (C90, C120 etc.), ea elas deu-se o nome de fulerenos.

Elemento Variedades Alotrpicas

Oxignio (O) Oxignio (O2) Oznio (O3)

Carbono (C) Grafita (Cn) Diamante (Cn)

Fsforo (P) Vermelho (Pn) Branco (P4)

Enxofre (S) Rmbico (S8) Monoclnico(S8)

fsforofsforo branco P4fsforo vermelho Pn

enxofreenxofre (rmbico) S8enxofre (monoclnico) S8

MDULO 2 Elemento e Substncia Simples Alotropia

As formas alotrpicas do carbono.

1. FASE

Exemplos

Observaes A fase pode ser uma substncia pura (gua) ou

uma mistura (gua + lcool).

O nmero de fases no obrigatoriamente igual

ao nmero de componentes.

Exemplogua + lcool: 1 fase, 2 componentes.

Uma fase no precisa ser contnua.

2. MATERIAL HOMOGNEO OU MATRIAHOMOGNEA OU SISTEMA HOMOGNEO

qualquer material monofsico (1 fase), mesmo aoser examinado ao ultramicroscpio. Pode ser umasubstncia pura ou uma mistura homogneaou soluo.

Fase cada poro homognea de ummaterial.

MDULO 3 Materiais Homogneos e Heterogneos


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343

NotaAs propriedades fsicas dos materiais homogneos so iguais em toda a sua extenso.

Observaes

Mistura homognea ou soluo: todamistura que apresenta uma nica fase.

Lquidos miscveis: lquidos que formam umasoluo.

3. MATERIAL HETEROGNEO OU MATRIA HETEROGNEA OU SISTEMA HETEROGNEO

qualquer material polifsico (2 ou mais fases) a olho nu ou ao ultramicroscpio. Pode ser uma substnciapura em mudana de estado fsico ou mistura heterognea.

material homogneo (1 fase) /

substncia pura

material homogneo (1 fase) /

mistura homognea ou soluomaterial homogneo (1 fase) /

mistura homognea ou soluo

material homogneo (1 fase) / mis-tura homognea ou soluo

material heterogneo (2 fa-

ses) / substncia pura


ses) / substncia pura


ses) / mistura heterognea

material heterogneo (2 fases) /

mistura heterognea

material heterogneo

(3 fases) / mistura heterognea

escuro: mica

esbranquiado: quartzo

marrom: feldspato

Observaes

Mistura heterognea: toda mistura que apre-senta pelo menos 2 fases.

Lquidos no miscveis (imiscveis): so l-quidos que formam uma mistura heterognea.


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344

Resumo importante

As misturas formadas por n slidos apresentam n fases, desde que estes slidos no formem uma soluoslida.

ExemplosSal + acar = mistura heterognea bifsica.Sal + acar + areia = mistura heterognea trifsica.


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345

MDULO 4 Separao de Misturas Heterogneas

1. ANLISE IMEDIATA

Processos fsicos usados para separar os componentes de uma mistura heterognea ou uma mistura homognea(soluo).

2. PRINCIPAIS PROCESSOS DE SEPARAO DOS COMPONENTES DE UMA MISTURA HETEROGNEA

substncia A

anliseA + B

imediatasubstncia B

Estados fsicos dos componentes Mtodo e procedimento Exemplos

Slidos com um componente magntico

(Fe, Co, Ni).

Separao magnticaAproximando um m, o compo-

nente magntico atrado.

Separar a limalha de ferro do

p de enxofre.

Slidos com um componente que se

sublima com facilidade.

Sublimao

Aquecendo a mistura, um doscomponentes sublima-se.

iodo + areia

naftaleno + areia

Slido + lquido(2 fases)

Filtrao

Usa-se um filtro que retm ocomponente slido.

gua + areiacoar caf (adicionamos

gua quente para fazermosa extrao de substncias

solveis presentes no p de

caf).

Lquidos no miscveis

(2 fases)

Decantao com funil de

bromo (funil de separao)

Abrindo a torneira do funil, o lquido

mais denso escoar.

leo + guagasolina + gua

ter + gua

Slidos (solubilidades diferentes num certolquido).

Dissoluo fracionada

A mistura colocada num lquido

que dissolve um s componente; ocomponente insolvel separado

da soluo por filtrao; por aque-cimento, separa-se o lquido docomponente dissolvido.

Separar o sal da areia, utili-zando gua.


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Observaes Separao magntica

Filtrao simples

s vezes a filtrao simples muito lenta, como no caso damistura gua e farinha. Para

acelerar esse tipo de filtrao,utiliza-se a filtrao a v-cuo ou a presso redu-zida.

A filtrao tambm utilizadapara separar os componentesde uma mistura slidogs.

Exemploaspirador de p.

Decantao comfunil de bromo(funil de separao)

Dissoluo fracionada


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3. OUTROS PROCESSOSDE SEPARAO DOSCOMPONENTES DE UMAMISTURA HETEROGNEA

LevigaoProcesso utilizado para separar

slidos de diferentes densidades, ge-ralmente por meio de corrente de gua.

Exemplo: A levigao apli-cada para separar areia do ouro nosgarimpos: a areia menos densa e,por isso, arrastada pela gua cor-rente, o ouro, por ser mais denso,permanece no fundo da ba

1.1. química -teoria - livro 1

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