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O ESTUDO DA MATÉRIA

CONCEITOS FUNDAMENTAIS Matéria: tudo o que ocupa lugar no espaço e tem massa. A matéria nem sempre é visível. O ar é um exemplo disso. Podemos, por meio de experimentos simples, constatarem que o ar ocupa lugar no espaço. Observe um deles:

Energia: Na verdade, não existe uma definição satisfatória para a energia. Contudo, pode-se afirmar que o conceito de energia está diretamente relacionado á realização de trabalho e ao fato de a energia provocar modificações na matéria, além de ser interconversível em suas várias formas.

Uma das formas de energia mais utilizadas é a elétrica, que pode ser obtida de várias maneiras. Vejamos algumas delas?

Essa é uma fonte de energia praticamente inesgotável, contudo, seu funcionamento depende de um volume mínimo de água represada.

Obs. A construção de grandes usinas pode gerar problemas sociais e ambientais.

Esse método possui uma fonte de energia inesgotável - o Sol - e não produz danos o meio ambiente.

Nas usinas nucleares, assim como nas termoelétricas, por meio de processos físico-químicos, produz-se energia térmica, que é, por sua vez, transformada em energia elétrica.

A distribuição da energia elétrica para as diferentes regiões de um país é feita por redes de transmissão.

Ao chegar a sua casa ou a instalações industriais, a energia elétrica é transformada em outros.

Lâmpada: energia luminosa.

Ferro de passar roupa: energia térmica.

O ar contido no copo impede que o líquido entre e molhe o papel.

Nas usinas hidrelétricas, quando a água represada cai pelas turbinas acopladas a um gerador produz energia elétrica.

Existem vários processos químicos (reações químicas), que serão estudados em eletroquímica, que podem originar energia elétrica.

A energia eólica (ar em movimento), que já foi utilizada para produzir energia mecânica nos moinhos, atualmente é usada com auxílio de turbinas, para produzir energia elétrica.

As células fotoelétricas dos painéis solares transformam a energia luminosa proveniente do Sol em energia elétrica.

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O ESTUDO DA MATÉRIA

Televisor: energia luminosa e energia sonora.

Máquinas: energia mecânica.

O Universo é constituído de matéria e energia. Qualquer ponto do Universo que seja submetida á observação é denominada sistema e tudo que o rodeia é denominado meio ambiente. Podemos classificar os sistemas em função da sua capacidade de trocar matéria e energia com o meio ambiente. - Sistema aberto: tem a capacidade de trocar tanto matéria quanto energia com o meio ambiente. - Sistema fechado: tem a capacidade de trocar somente energia com o meio ambiente. - Sistema isolado: não troca matéria nem energia com o meio ambiente. A rigor, não existe nenhum sistema completamente isolado.

Quando praticamos esportes, a temperatura do corpo aumenta e transpiramos com mais intensidade. O suor é produzido pelo nosso organismo para regular sua temperatura. Uma parte do nosso suor evapora para o ambiente.

Um exemplo de sistema fechado pode ser as embalagens de suco. Elas podem ganhar energia térmica do meio ambiente ou perdê-la para ele, mas a sua quantidade de matéria não varia.

No entanto, mesmo as melhores garrafas térmicas existentes trocam energia com o meio ambiente por não serem perfeitamente isoladas. UNIDADES DE MEDIDAS Em Química, para realizar qualquer experimento, além de conceitos básicos de matéria e energia, também é necessário conhecer algumas unidades de medida. A matéria de uma grandeza é um número que expressa uma quantidade comparada com um padrão previamente estabelecido. Os múltiplos e submúltiplos do padrão são indicados por prefixos. Massa Massa (m): a quantidade de matéria que existe em um copo. A determinação da massa de um corpo é feita pela comparação de sua massa, inicialmente desconhecida, com outra massa previamente conhecida, uma massa padrão. Para essa determinação, usa-se um aparelho chamando balança.

Quilograma (Kg) 1 000 g ou 10³ g

Grama (g) 1 g ou 100 g

Miligrama (m) 0, 001 g ou 10-³ g

Volume Volume (V): a extensão de espaço ocupado por um corpo.

O corpo humano é um sistema aberto, pois troca matéria e energia com o meio ambiente.

Um exemplo aproximado de sistema isolado é a garrafa térmica, normalmente usada para conservar a energia térmica de líquidos.

OBSERVAÇÃO Essa definição é simplificada, pois o conceito de massa não é absoluto. De acordo com a 2ª Lei de Newton, a massa de um corpo está relacionada com a medida da sua inércia, ou seja, a medida da dificuldade que um corpo tem para variar a sua velocidade (massa inercial) Há também outra definição – a de massa gravitacional. Essa medida depende da existência de força gravitacional. Nesse caso, a massa gravitacional. Nesse caso, a massa de um corpo pode ser medida, por exemplo, mediante o uso de balanças.

No sistema Internacional (SI), a unidade-padrão de massa é o quilograma (Kg)

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O ESTUDO DA MATÉRIA

O volume de um corpo é determinado multiplicando-se seu comprimento por sua altura e por sua largura. V = comprimento. Altura. Largura Veja, por exemplo, como se calcula o volume de um cubo. Volume do cubo V = 1 m. 1 m. 1 m V = 10 DM. 10 DM. 10 DM V= 1 000 DM No SI, a unidade-padrão de volume é o metro cúbico (m³). No entanto, a unidade mais usada em Química é o litro (L). Num laboratório, os volumes dos líquidos podem ser obtidos de várias maneiras, usando-se diferentes aparelhos, como. Por exemplo, a proveta.

M³ 1 000 DM ou 1.000 l

Grama (G) 1 g ou 10 g

Miligrama (MG) 0,001 g ou 10 -³ g

Temperatura Temperatura (T): relaciona-se com o estado de agitação das partículas que formam um corpo e com a capacidade desse corpo de se transmitir ou receber calor.

Os valores de temperatura são determinados por um aparelho chamado termômetro, que consiste de um fino tubo de vidro graduado e parcialmente cheio de mercúrio ou álcool colorido. Á medida que a temperatura aumenta, o líquido se expande e se move ao longo do tubo. A graduação do tubo indica a variação de temperatura do líquido. Essa graduação é a escala termométrica do aparelho (existem várias escalas em uso atualmente)

A escala de graduação mais comumente usa nos trabalhos científicos é a escala Celsius. Ela possui dois pontos de referência: o congelamento e a ebulição da água ao nível domar, que correspondem respectivamente, a 0

0 C E 100

0 C.

Existem outras escalas centígrados, como a Kelvin, recomendada pelo SI e conhecida como escala absoluta.

Pressão Pressão (P): a relação entre a força exercida na direção perpendicular sobre uma data superfície e a área dessa superfície.

O fato de um faquir conseguir ficar deitado sobre vários pregos pode ser explicado pelo conceito de pressão.

A pressão é uma grandeza física, não-vetorial, que relaciona a força e a área sobre a qual essa força é aplicada de acordo com a fórmula a seguir:

P= F/S

P = pressão, F = força aplicada, quanto menor a área, maior a pressão.

Podemos perceber por essa relação que, para certa força aplicada, quanto menor a área, maior a pressão.

Isso pode ser verificado facilmente por meio de um experimento muito simples. Segure um lápis apontado, como na foto abaixo, e pressione com cuidado os dedos sobre as extremidades do lápis.

Apesar de a força aplicada nas duas extremidades ser a mesma, a pressão é maior no dedo que está em contato com a menor superfície (a ponta do lápis).

OBSERVAÇÃO: Quando usamos aparelhagem de medida de volume, devemos, ao averiguar a medida, manter os olhos no mesmo nível da superfície do líquido, conforme mostra a figura ao lado.

A relação entre as duas escalas é dada por Tk = tC + 273

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A Terra está envolta por uma camada de ar que tem espessura aproximada de 800 km. Essa camada de ar exerce pressão sobre os corpos: a pressão atmosférica

A pressão atmosférica varia de acordo com a altitude. Em regiões de grande altitude. Em regiões de grande altitude, há menor quantidade de partículas do ar por unidade de volume, portanto a pressão também é menor.

A diminuição do número de partículas do ar em grandes altitudes pode ser a causa de problemas para pessoas desacostumadas a essa condição.

Pelo sistema Internacional (SI), a unidade-padrão para a pressão é o pascal (PA), que se relaciona com a unidade atmosfera na seguinte proporção:

1 atm = 101 325 Pa ou, aproximadamente, 1 bar

Unidades de pressão

Atm Cm Hg Mm Hg Torr kPa Bar

1 76 760 760 100 1

Densidade Densidade (d): é a relação (razão) entre a massa de um material e o volume por ele ocupado.

A expressão que permite calcular a densidade em dada por: D= massa/volume → d= m/v → d= kg/m³

Para sólidos e líquidos, a densidade geralmente é expressa em gramas por centímetros cúbicos (g/cm³); para gases, costuma ser expressa em gramas por litro (g/l).

Nas regiões polares, é comum a presença de grandes blocos de gelo (água pura), os icebergs, flutuando na água do mar (água e outros materiais). Isso ocorre porque a densidade do gelo (0,92 g/cm³) é menor que a densidade da água do mar (1,03 g/cm³).

A densidade de uma mesma substância depende do estado físico e da temperatura; no caso dos gases, além desses fatores inclui-se também a pressão.

Nessa foto, tanto a almofada como o peso têm a mesma massa porém, como a almofada apresenta um maior volume, a sua densidade será menor.

EXERCÍCIOS 1. (Unicamp-SP) Três frascos de vidro transparente, fechados, de formas e dimensões iguais, contêm cada um a mesma massa de líquidos diferentes. Um contém água, o outro, clorofórmio e o terceiro, etanol. Os três líquidos são incolores e não preenchem totalmente os frascos, os quais não têm nenhuma identificação. Sem abrir os frascos, como você faria para identificar as substâncias?

Dados: A densidade (d) de cada um dos líquidos, á temperatura ambiente é d(água)= 1,0 g/cm³ d(clorofórmio)= 1,4 g/cm³ d(etanol)= 0,8 g/cm³

2. Observe o esquema:

Sabendo que: I. A água passa do estado líquido para o de vapor

II. O vapor gira as hélices de uma turbina.

III. O movimento no interior de um gerador produz energia elétrica

a) Indique qual dos itens abaixo que pode corresponder ao meio utilizado no processo:

I. Usina eólica

II. Usina termoelétrica

III. Células fotoelétricas

IV. Usina hidrelétrica

V. Usina nuclear

b) Quais fontes de energia indicadas no item anterior podem produzir energia “limpa” e considerada inesgotável?

c) Numa usina termoelétrica, uma das substâncias queimadas é o carvão. Durante essa queima (combustão), são lançados na atmosfera gases nocivos ao meio ambiente e ao ser humano, indique dois desses gases.

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d) Em qual dos processos citados, que em uma estiagem prolongado pode afetar a produção de energia elétrica?

3. As marias-fumaças, que foram um meio de transporte bastante

eficiente durante o século XIX e parte do século XX, atualmente

são usadas como atrações turísticas em diversas cidades do

mundo. Nas locomotivas desses trens, é possível identificar a

conversão de parte da energia térmica fornecida pela queima de

carvão em energia mecânica, que é a energia útil.

Nos dispositivos de uso cotidiano, listados a seguir, também podemos identificar a relação entre a energia fornecida e a energia útil:

I. Ferro elétrico passar roupa II. Motor elétrico de uma enceradeira III. Bateria solar de calculadora

a) Energia elétrica → energia b) Energia luminosa → energia c) Energia elétrica → energia térmica

A Correa associação entre os dispositivos e as transformações de energia é:

a) III-A, II-B, I-C. c) II-A, IB, III-C. e) III-A, I-B, II-C. b) I-A, II-B, III-C. d) II-A, III-B, I-C. 4. A massa de ar contida em um quarto de tamanho, médio é

aproximadamente de 34,6 kg.

A quanto equivale essa massa em: a) Grama?

b) Toneladas?

c) Miligramas?

5.

a) O seu aumento de massa corresponderia a quantas gramas?

b) Quanto você pagaria pela refeição

6.

A quanto equivale esse volume em A) Metros cúbicos?

B) Decímetros cúbicos?

C) Centímetros cúbicos?

D) Milímetros cúbicos?

7. (PIAS-Uberaba) A tabela e o gráfico a seguir contêm,

respectivamente, os efeitos fisiológicos da altitude sobre o

corpo humano e da variação da pressão atmosférica com a

altitude.

Altitude Efeito fisiológico

6 800 metros Altitude máxima, com possibilidades de moradia.

7 900 metros A partir desta altitude, é possível sofrer o mal das montanhas que causa euforia; tontura e pode matar rápido.

11 000 metros Começa a faltar ar.

13 7000 metros Perde-se a consciência.

19 200 metros O oxigênio não consegue entrar nos pulmões, que ficam cheios de vapor d’ água.

a) Todos os efeitos anteriormente descritos ocorrem porque a

pressão atmosférica é diretamente proporcional á altitude.

b) Quando o indivíduo começa a sofrer do mal das montanhas, ele

está a uma pressão atmosférica de 0,125atm.

c) Menor pressão na qual é possível que o indivíduo viva, sem

complicações fisiológicas, é de, aproximadamente, 1atm.

8. A medida da pressão do ar contido no interior dos pneus de

veículos costuma ser feita em libras por polegada quadrada, que

nos medidores (manômetros) é indicada por psi. Sabendo que,

para um determinado pneu, se recomenda pressão de 31 psi e

que 1 atm=14,7 psi, qual é o valor de sua pressão em atm e em

mmHg?

9. Leia o texto a seguir, para determinar o volume de um sólido.

Foto de maria-fumaça em movimento.

Neste restaurante do tipo self-service, os clientes são “pesados” na entrada e na saída, e a cobrança é feita em função da diferença de massa. Suponha que você fosse a esse restaurante na entrada e a balança indicasse 40 quilogramas. Se na saída a balança indicasse 40,6 quilogramas,

Um caminhão desse tipo transporta, em média, 15.000 l de líquido em geral.

Com esses dados, assinale a alternativa correta.

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Se o sólido apresentar forma geométrica bem definia, você pode proceder da seguinte forma:

a) Coloque água em um recipiente graduado, como uma proveta,

até um volume determinado.

b) Mergulhe o sólido de formato irregular no recipiente contendo

água e verifique o novo volume de água.

c) A diferença entre o volume final e o volume inicial é o volume

deste sólido. A partir desse procedimento, podemos determinar

a densidade do sólido utilizando a expressão d= m/v.

Observação Este procedimento é apropriado para sólidos mais densos que o

líquido. Com base nessas informações, resolva a seguinte questão: Um garimpeiro encontrou uma pepita de formato irregular de um

material que ele julgou ser ouro. Para verificar se era ouro mesmo, ele executou os seguintes procedimentos:

▪ pesou a pepita e descobriu que sua massa era de 28,5 gramas; ▪colocou-a em um cilindro graduado contendo inicialmente 100 mL

de água e verificou que a densidade do ouro é 19g/cm³. Qual a conclusão do garimpeiro? Justifique. 10. Complete a tabela a seguir, que apresenta valores de massa,

volume e densidade de vários objetos feitos com o metal cobre

(símbolo: Cu), na mesma temperatura.

Objetos I II III

Massa (g) 9 180 900

Volume (cm³) 1 * *

Densidade (g/cm³) * 9 *

11. Considere que as moedas brasileiras de R$ 0,01 são feitas de

cobre. O que acontecerá se colocarmos uma delas em água e

outra em mercúrio? Justifique.

Dados: densidade do mercúrio = 13,6 g/cm ³; densidade da água: 1,0g/cm ³ .

Testando seu Conhecimento 12. Quantos sacos de cimento com 50 kg de massa podem ser

transportados por um caminhão com capacidade máxima de carga igual 10 t? Dado: 1 tonelada = 10³ kg

Considere as informações:

▪ 1gota equivale a 50 microlitro (µL)= 50.10-6

L 13. Determine o número de gotas necessário para encher um

recipiente de 2,20 L.

14. Um mergulhador, quando atinge a profundidade de 32 m, está

sujeito uma pressão total de 5atm, que corresponde á soma da

pressão exercida pela atmosfera e da coluna de água sobre ele.

Determine a pressão total, em mmHg, que agirá sobre esse

mergulhador quando ele atingir uma profundidade de 64 m .

15. Observe a tabela:

Substância Densidade(g/cm³)

Água 1,0

Benzeno 0,90

Clorofórmio 1,48

Massa iguais dsses três materiais foram colocados em uma proveta, originando um sistema com o seguinte aspecto:

a) b) c) Identifique cada componente presente nas provetas.

16. Considere s seguintes densidades, em g/cm³:

Densidades g/cm³

D alumínio 2,7

D carvão 0,5

D pau-brasil 0,4

D diamante 3,5

D água 1,0

Ao serem adicionados á água pura, em temperatura ambiente, pedaços de cada um desses materiais, observa-se flutuação de:

a) Carvão e alumínio

b) Carvão e pau-brasil

c) Alumínio e diamante

d) Pau-Brasil e diamante.

17. As margarinas, muito usadas como substitutos da manteiga,

contêm gorduras vegetais hidrogenadas. A diferença

fundamental entre uma margarina light e outra comum está no

conteúdo de gordura e de água.

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Colocou-se em um copo certa quantidade de margarina comum e em outro, idêntico ao primeiro, colocou-se a mesma quantidade de margarina light. Aqueceram-se em banho-maria os dois copos contendo as margarinas até que aparecessem duas fases, como esquematizado na figura.

Qual dos dois copos contém a margarina light? Justifique. 18. Em vários medicamentos, como, por exemplo, xarope

encontramos um pequeno frasco medidor. Suponha que seu

médico tenha lhe receitado toma 5 mL de um determinado

xarope 4 vezes ao dia, durante 10 dias, e que o frasco que o

acompanha contenha 0,15 L no medicamento.

a) Qual volume total, em litros (L), você deve ingerir diariamente?

b) Quantos frascos desse medicamento você deve comprar para

seguir a prescrição médica?

c) Ocorrerá sobra de medicamentos?

19. O volume de petróleo extraído é dado em uma unidade de

medida do sistema inglesa denominada barril (bbl), que equivale

ao volume de 42 galões. A capacidade de um galão é de 3,785

litros. A produção diária da bacia de Campos, no Rio de Janeiro,

é de 670 mil barris. A ordem de grandeza dessa produção diária,

expressa em litros, é:

a)10¹² b) 10¹ c) 108 d) 10

5 e) 10³

20. A febre é o aumento d temperatura corporal, que raramente

excede a 410C nos seres humanos, e faz parte do mecanismo de

defesa do corpo. Ela é normalmente provocada por processos inflamatórios, infecciosos e de intoxicação. As temperaturas abaixo de 36,1 C, provocadas pela exposição prolongada ambientes muito frios, também podem ser letais: o organismo, na tentativa de manter sua temperatura normal, acelera intensamente o metabolismo, acarretando infartos. Quais os valores, em Kelvin (K), para as temperaturas mencionadas no texto?

Aprofundando seu conhecimento Leia um texto a seguir para resolver as questões 21 e 22.

Um dos combustíveis mais utilizados no mundo atualmente é a gasolina, que é uma mistura de hidrocarbonetos que apresenta densidade aproximada de 0,8 g/cm³. Seu preço varia de país para país, de acordo com vários fatores, tais como: quantidade do petróleo extraído de fontes nacionais, quantidade do petróleo importado, custo do transporte do petróleo e seus derivados, valor da moeda nacional etc. Nos estados Unidos, a gasolina é comercializada usando-se como unidade de medida

de volume o galão (correspondente aproximadamente 3,8 L), cujo preço médio é de US$ 2,00.

Num teste para medição de consumo de combustível um automóvel vazio, contendo 57L de gasolina no tanque, teve a sua massa medida antes e depois de percorrer uma distância de 150 quilômetros, sendo encontrados os seguintes valores:

∙ massa inicial = 1 025,6 quilogramas ∙ massa final = 1 013,6 quilogramas 21. Determine a massa da gasolina contida em um galão e o preço,

em reais, de 1L dessa gasolina, comprada nos Estados Unidos (1

US$ ≈ R$ 1,70).

22. Considere que a variação de massa seja devida unicamente á

gasolina consumida, determine o volume de gasolina consumido

e o consumo médio, em quilômetros por litro, no teste.

23. Pelas normas vigentes, o litro do álcool hidratado que abastece

os veículos deve ser constituído de 96% de álcool puro e 4% de

água (em volume). As densidades desses componentes são

dadas na tabela.

Substância Densidade (g/L)

Água 1 000

Álcool 800

Um técnico de um órgão de defesa do consumidor inspecionou cinco postos Suspeitos de venderem álcool hidratado fora das normas. Colheu, então, uma amostra do produto de cada posto e mediu a densidade de Cada uma delas. Obteve os seguintes resultados:

Posto Densidade do combustível

I 822

II 820

III 815

IV 808

V 805

A partir desses dados, o técnico pôde concluir que estavam com o combustível adequado somente os postos:

a) I e II. B) I e III. C) II e IV.

d) III e V. e) IV e V.

Para responder as questões 24 e 25, leia as explicações a seguir. Numa aula prática de Química no Ensino Médio, o professor apresentou os alunos três copos, cada um contendo um líquido incolor diferente, que foram chamados de X,Y e Z. A seguir.

1) Em cada copo, introduziu duas esferas maciças, A e B. O

resultado obtido está representando na figura a seguir:

2) Pesou 10 g de cada líquido e transferiu-os, separadamente, para

três tubos de ensaio idênticos, obtendo-se o resultado

representado na figura:

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Então, fez aos alunos as perguntas a seguir. 24. Qual a ordem crescente das densidades (d) dos líquidos X,Y e Z ?

25. Qual o líquido contido em cada tubo?

26. Durante uma pesquisa de campo, num local isolado e sem

nenhum recurso mais aprimorado, um aluno de Química

encontrou um pequena esfera de um material com brilho

metálico com aproximadamente 1,0 cm de diâmetro. Por

curiosidade, ele resolveu descobrir de que material era

composta a esfera. Com base em algumas informações que ele

havia memorizado das aulas de Química, procurou descobrir de

qual material se tratava. As informações são as seguintes:

1) Uma colher das de sopa completamente cheia de sacarose

possui uma massa de aproximadamente 30 g desta substância;

2) Um Copo tipo americano possui aproximadamente 300 mL de

volume;

3) 1 mL de água possui densidade de 1,0 g . cm -³);

4) Densidades de algumas substâncias sólidas:

Material Densidade (g.cm-³)

Alumínio 2,7

Magnésio 1,7

Zinco 7,1

Ferro 7,9

Chumbo 11,4

5. A adição de açúcar em um copo com água praticamente não

varia o volume do sistema:

(Colocou a esfera de metal dentro do copo e adicionou água até quase sua borda (aproximadamente 300 mL) Então, foi adicionando colheradas cheias de açúcar e agitado para dissolver até que a esfera ficasse entre a superfície e o fundo do copo. Como ele utilizou 7 colheradas de açúcar, pode-se afirmar que o metal é o:

a) Zinco. b) Alumínio. c) Chumbo. d) Ferro. e) Magnésio. Construção de um decímetro O decímetro é um aparelho utilizado para determinar a

densidade de líquidos. Ele pode ser utilizado, por exemplo, em indústrias de bebidas alcoólicas (vinho, pinga, cerveja etc..). É também, usado em postos de gasolina para determinar a densidade dos combustíveis (álcool ou gasolina), indicando se estão de acordo com os padrões estabelecidos por lei.

Quando o decímetro é colocado em um líquido, ele indica a densidade desse líquido pela graduação existente na haste superior do aparelho.

Usando materiais comuns de nosso dia-a-dia, podemos construir um decímetro, o que nos permite fazer comparação das densidades de diferentes líquidos. Material Massa de modelar ½ canudo de refrigerante 4 copos contendo em cada:

a) água b) Solução de água + sal c) Óleo d) Álcool comum

Procedimento Faça, com a massa de modelar, uma bolinha de aproximadamente 1 cm de diâmetro e fixe-a em uma das extremidades do canudo de refrigerante.

Coloque o decímetro em um copo com água e marque com cuidado o nível que a água atinge no canudo. Com isso, você terá a marca da densidade da água.

A seguir, coloque o decímetro nos outros três copos contendo, respectivamente, água+sal, óleo e álcool comum.

Para cada líquido, faça uma Marca, utilizando canetas de cores diferentes. Sabendo que quanto menor densidade do líquido mais submerso ficará o decímetro, responda as perguntas:

a) Qual a ordem crescente de densidade dos três líquidos?

b) Qual deles é mais denso do que a água?

c) Se repetirmos as mesmas experiências utilizando volumes

diferentes de líquidos, as densidades também serão diferentes:

Por quê?

FAÇA VOCÊ MESMO