introdução ao estudo da matéria

PROF. NEIRIGELSON LEITE

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Geral

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O Que é Química?Química é uma

Ciência Experimental que

estuda a estrutura, composição e a

transformação da matéria.

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ESTRUTURA DA MATÉRIA

A matéria é formada por moléculas, que por sua vez são formadas por partículas minúsculas chamadas de átomos.

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Simples Composta

Substância Pura

Homogênea Heterogênea

Mistura

Sistemas Materiais

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Substâncias puras São todas as espécies de matéria formadas por átomos

(metais e gases nobres), moléculas ou aglomerados iônicos quimicamente entre si.

Têm composição química fixa e invariável. Podem ser representados por fórmulas e têm

nomenclatura específica (H2O, NaCl, C12H22O11). Têm constantes físicas (PF, PE, etc) bem definidas. Formam-se por fenômenos químicos.

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Tipos de substâncias• Substâncias puras simples – formadas por átomos do

mesmo elemento químico. (H2, O2, P4, Fe, Ne)Obs.: Não podem ser desdobradas em duas ou mais substâncias diferentes por processos químicos.

• Substâncias puras compostas - formadas por átomos ou íons de elementos químicos diferentes. (H2O, NaCl)

Obs.: Podem ser desdobradas em duas ou mais substâncias diferentes por processos químicos.

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Mistura Reunião de duas ou mais substâncias que não reagem

entre si. Não apresentam composição química fixa. Não podem ser representadas por fórmulas e não

tem nomenclatura específica. Não tem constantes físicas (PF, PE, etc.) bem definidas. Formam-se por fenômenos físicos.

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Tipos de mistura

• Misturas homogêneas – apresentam as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão.– São denominadas soluções– São monofásicas– As misturas gasosas são sempre homogêneas

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• Misturas heterogêneas – Não apresentam as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão.– São polifásicas– As misturas de sólidos são sempre consideradas

heterogêneas, com exceção das ligas metálicas.Ligas importantes:Latão: Cobre + ZincoBronze: Cobre + EstanhoAço: Ferro + Carbono + Cromo + Níquel

Tipos de mistura

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• Misturas eutéticas – apresentam temperatura de fusão constante.– São sólidas e apresentam proporção constante

entre seus componentes, não sendo possível separá-los por fusão fracionada. Ex. Ouro 18 K

Tipos de mistura

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• Misturas azeotrópicas – apresentam temperatura de ebulição constante.– São liquidas e apresentam proporção constante

entre seus componentes, não sendo possível separá-los por destilação fracionada. Ex. água + álcool

Tipos de mistura

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CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA

SISTEMAS HOMOGÊNEOS

SISTEMAS HETEROGÊNEOS

SUBSTÂNCIAS PURAS

MISTURAS DE UMA FASE

MISTURAS DE MAIS DE UMA

FASE

SUBSTÂNCIAS EM MUDANÇA

DE ESTADO

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Atomicidade

• É o número de átomos que formam a molécula de uma substância pura simples.

Substância Número de átomos AtomicidadeHe 1 MonoatômicaN2 2 (Di)BiatômicaO3 3 TriatômicaP4 4 Tetratômica

(Fe)n n Poliatômica

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Alotropia

Fenômeno pelo qual um mesmo elemento químico forma substâncias puras simples diferentes.

Diferem umas das outras nos seguintes aspectos:Atomicidade: número de átomos que formam a

molécula da substância.Estrutura cristalina: arranjo dos átomos no espaço.

Possuem as mesmas propriedades químicas

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VARIEDADE ALOTRÓPICA

C(grafite) C(diamante)

estrutura amorfa estrutura cristalina

Variação na arrumação dos átomos

Variação na atomicidade O2 (Oxigênio) O3 (Ozônio)

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Variedades alotrópicas

Uma das formas alotrópicas sempre é mais estável. A forma mais instável (mais energética) tende a se transformar espontaneamente na mais estável com liberação de energia.

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FENÔMENO QUÍMICO

Combustão do álcool etílico

H3C- CH2- OH + 3O2 2CO2 + 3H2O

Reagentes Produtos

O fenômeno químico transforma a natureza íntima da matéria.

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FENÔMENO FÍSICO

SÓLIDO LÍQUIDO GASOSO

SUBLIMAÇÃO

FUSÃO

CONDENSAÇÃO

VAPORIZAÇÃO

SOLIDIFICAÇÃO

Estados físicos da matéria

O fenômeno físico não altera a natureza da matéria

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PROPRIEDADES DA MATÉRIA

PROPRIEDADES GERAIS PROPRIEDADES FUNCIONAIS PROPRIEDADES ESPECÍFICAS:

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PROPRIEDADES GERAIS

Massa Volume Inércia impenetrabilidade Divisibilidade

As propriedades gerais são comuns a todos os materiais.

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PROPRIEDADES FUNCIONAIS

Hidrocarbonetos são inflamáveis. Os ácidos têm sabor azedo. Os sais fundidos conduzem corrente elétrica.

As propriedades funcionais são aquelas apresentadas por um grupo de substâncias,

chamado função química .

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PROPRIEDADES ESPECÍFICAS

Propriedades químicasPropriedades físicas

Ponto de Fusão / SolidificaçãoPonto de Ebulição / LiquefaçãoDensidade ou Massa Específica

Propriedades organolépticas

As propriedades específicas caracterizam cada tipo de substância .

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Curva de Aquecimento da água

S

L

L e GG

T°C

100

0

- 20tempo

S e L

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Curva de Resfriamento da água

S

L

L e GG

T°C

100

0

- 20

tempoS e L

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Influência da Pressão

Quanto maior a pressão maior o Ponto de Ebulição

P

T >T

>P

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Influência da Altitude

Quanto maior a Altitude menor o Ponto de Ebulição

> A < P < T

A P T

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Densidade

Densidade é a relação da massa pelo volume de uma substância a uma dada Temperatura e Pressão:

d = m / V

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Influência da Temperatura

T

V1

>T

V2

> T > V < densidade

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n > P < V > densidade

Influência da PressãoP

>P

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A DENSIDADE é maior quanto maior o estado de agregação da matéria

Influência do Estado Físico da Substância

sólido > líquido > gasosoAumento do volume

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Exceções a Regra

• Água líquida é mais densa que o gelo.

• Prata, Ferro e Bismuto, todos diminuem de volume quando fundidos, portanto fase líquida mais densa.

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Transformação de Unidades

T Kg g mg

X 103 X 103 X 103

KL L mL µL

X 103 X 103 X 103m3 dm3 cm3 mm3

Unidade de massa

Unidade de Volume

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01/05/2023 33

Definição: processos de separação de uma mistura nos seus constituintes.

Classificação dos processos: Mecânicos: separações que não envolvem

transformações físicas ou químicas. Físicos: processos que envolvem mudanças

de estados físicos das substâncias. Normalmente indicados nas separações de misturas homogêneas.

ANÁLISE IMEDIATA

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01/05/2023 34

Sistemas Sólido/sólido: Catação Peneiração ou Tamisação Ventilação Levigação Separação Magnética Dissolução Fracionada Flotação Fusão Fracionada

Separação de Misturas Heterogêneas

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01/05/2023 35

Sistemas Sólido/líquido: Filtração Decantação Centrifugação Cristalização FracionadaSistemas Sólido/gás: Filtração Decantação Câmara de Poeira

Separação de Misturas Heterogêneas

Sistemas Líquido/líquido: Decantação

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01/05/2023 36

Separação de Misturas Homogêneas

Sistemas Sólido/sólido: Fusão FracionadaSistemas Sólido/líquido: Evaporação Destilação SimplesSistemas Líquido/líquido: Destilação FracionadaSistemas Líquido/gás: Aquecimento

Sistemas gás/gás:Liquefação Fracionada

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Mistura heterogênea (sól.-sól.)

Catação: Método baseado na diferença de tamanho e de aspectos visíveis das partículas de uma mistura de sólidos granulados. Um dos sólidos é retirado com pinças ou com as mãos. Ex: mistura de feijão e impurezas.

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Mistura heterogênea (sól.-sól.)

Peneiração: Utilizado quando uma mistura de sólidos granulados, cujo tamanho das partículas é sensivelmente diferente, é colocada sobre uma peneira e submetida à agitação. Ex: mistura de areia fina e pedregulhos.

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Mistura heterogênea (sól.-sól.)

Levigação: O sólido mais leve é separado por água corrente. Ex: ouro e areia. A areia, mais leve, é arrastada por um fluxo de água.

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Mistura heterogênea (sól.-sól.)

Ventilação: O sólido mais leve é separado por uma corrente de ar. Ex: grãos de café e cascas.

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Mistura heterogênea (sól.-sól.)

Separação magnética: Separa misturas do tipo sólido-sólido nas quais um dos componentes tem propriedades magnéticas e é atraído por um ímã. Ex: Ferro e areia.

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01/05/2023 42

Mistura heterogênea (sól.-sól.)

Flotação (Sedimentação fracionada): O sólido mais leve (menos denso) flutua em um líquido, enquanto o mais denso sedimenta. Ex: serragem e areia, por adição de água. Na mineração, para separar a areia do minério. Neste caso, o minério é pulverizado e tratado com óleo para flutuar na água.

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01/05/2023 43

Mistura heterogênea (sól.-sól.)Dissolução fracionada: Baseia-se na diferença de solubilidade dos sólidos em um determinado líquido. Primeiro, adiciona-se um líquido que dissolva apenas um dos sólidos. Depois, filtra-se a mistura e o filtrado é submetido a aquecimento, para eliminar o solvente. Ex: sal e areia

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Mistura heterogênea (sól.-líq.)Decantação: Quando a água barrenta é colocada em repouso, a terra tende a se depositar no fundo do recipiente. A decantação é o processo no qual as fases se separam devido a uma diferença de densidades.

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01/05/2023 45

Mistura heterogênea (sól.-líq.)

Filtração comum: É a retenção de um sólido através de uma superfície porosa (filtro). Utilizada para separar misturas de um líquido com um sólido não dissolvido, quando o tamanho das partículas do sólido é relativamente grande em relação ao tamanho dos poros do papel de filtro. Ex: água e areia.

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Mistura heterogênea (líq.-líq ou sól.-líq.)

Centrifugação: É uma maneira acelerada de se realizar a decantação. Ex: separação dos diversos componentes do sangue.

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Mistura homogênea (sól.-líq.)

Destilação simples: Funciona quando, no aquecimento de uma mistura homogênea de um líquido + um sólido, apenas o líquido vaporiza. Assim, os vapores atingem a região fria (condensador), ocorrendo a passagem para o estado líquido. Ex: água e sal de cozinha.

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Mistura homogênea (líq.-líq.)

Destilação fracionada: à medida que os vapores sobem pela coluna de fracionamento, eles vão se tornando cada vez mais ricos no componente mais volátil, que será recolhido pelo condensador. Ex: destilação fracionada dos componentes da gasolina, destilação fracionada do ar liquefeito, etc.

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01/05/2023 49

DESTILAÇÃO DO PETRÓLEO

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Outros Processos

Cromatografia: Nesse processo, os componentes de uma mistura de sólidos em solução são separados e identificados pela cor. Em dos primeiros processos usados foi a cromatografia em papel. Ex: tinta da caneta.