classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

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Disciplina: Química Profª: Alda Ernestina 07/05/2015 1 Pré-Vestibular Samora Machel Universidade Federal do Rio de Janeiro Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

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Page 1: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Disciplina: Química

Profª: Alda Ernestina

07/05/20151

Pré-Vestibular Samora MachelUniversidade Federal do Rio de Janeiro

Classificação, propriedades e

transformações físicas da matéria

Page 2: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

E novamente iremos falar de matéria...

•Tudo que existe é formado por MATÉRIA

•Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço (ou seja, tem volume)

•Química é a ciência que estuda as propriedades e transformaçõesda matéria

Na 1ª aula vimos que:

Na aula de hoje veremos:

•Os estados físicos da matéria

•Os tipos de transformações sofridos pela matéria

• As propriedades da matéria

•A classificação da matéria

Page 3: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

O que é um fenômeno?

Tudo que nos parece extraordinário

E para a ciências, o que é um fenômeno?

É qualquer acontecimento que possa ser observado e que ocorra nanatureza ou seja provocado experimentalmente

Exemplos de fenômenos naturais e artificiais

Para a química, consideramos fenômeno como sendo as transformações da matéria:essas transformações podem ser QUÍMICAS ou FÍSICAS

Page 4: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

FENÔMENOS QUÍMICOSAlteram a composição da matéria, resultando na formação de novas substâncias, ou seja, são as chamadas reações químicas

A oxidação de um prego é um exemplo de fenômeno químico, pois é formada uma nova substância

4 Fe (s) + 3 O2 (g) 2 Fe2O3

A queima do carvão em uma churrasqueira também é um fenômeno químico, que consiste na reação do carvão (C) com O2 do ar, produzindogás carbônico (CO2)

C (s) + O2 (g) CO2

No interior de uma pilha ocorre uma reação química que produz energiaelétrica

Zn + Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)2

Um fenômeno químico nada mais é que uma reação química qualquer

Page 5: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

FENÔMENOS FÍSICOSNÃO alteram a composição da matéria, ou seja, não ocorre reação química, alteram apenas a estrutura da matéria

O derretimento do gelo é um exemplo de fenômeno físico, pois após derreter o gelo continua sendo água

Ao misturarmos água e sal ocorre um fenômeno físico, pois a água nãoreage com o sal, apenas o solubiliza

A água evaporando em uma chaleira é um exemplo de fenômeno físico,pois não há reação química, a água não deixa de ser água, há apenas uma mudança de estado físico (de líquido para gasoso)

Os fenômenos químicos são irreversíveis enquanto os fenômenos físicos são reversíveis

Page 6: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIAA matéria pode se apresentar sob diferentes estados físicos que são:

Sólido Líquido GasosoVolume e forma definidos

Alta organização das partículasVolume definido Forma variável

Organização intermediária

Volume e forma variáveisMáxima desorganização

das partículas

A água ocorre sob os três estados físicos

Gelo – sólidoÁgua líquida – líquido

Vapor de água – gasoso

Page 7: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

MUDANÇAS DE ESTADOS FÍSICOSAo receber ou perder energia um estado pode ser convertido em outro, ocorrendo as chamadas mudanças de estados físicos, que são exemplos de fenômenos físicos

Fusão – passagem do estado SÓLIDO para o LÍQUIDO

Solidificação – passagem do estado LÍQUIDO para o SÓLIDO

Vaporização – passagem do estado LÍQUIDO para o estado de VAPOR

Condensação ou liquefação – passagem do estado GASOSO para o LÍQUIDO

Sublimação – passagem do estado SÓLIDO para o GASOSO, sem passar pelo estado líquido

Page 8: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Vamos praticar?À temperatura ambiente (25ºC) qual o estado físico de cada uma das substâncias a seguir?

Ponto de fusão – temperatura em que uma substância passa do estado sólido para o estado líquido. Ex: derretimento do gelo, ponto de fusão = 0 °C

Ponto de ebulição – temperatura em que uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso. Ex: água fervendo em uma chaleira, ponto de ebulição = 100 °C

Líquido

Gasoso

Líquido

Sólido

Page 9: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Vamos praticar?

Qual o estado físico das substâncias da tabela abaixo, quando as mesmas se encontram no deserto da Arábia, à temperatura de 50°C?

Líquido

Gasoso

Líquido

Líquido

Gasoso

Page 10: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

MATÉRIA, CORPO E OBJETO•Matéria - tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço

•Corpo – porção limitada da matéria

•Objeto – corpo com função definida

Page 11: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Matéria

Corpo

Objeto

Page 12: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Propriedades da matéria

Gerais

Funcionais

Específicas

Propriedades GERAIS – são propriedades comuns a toda e qualquer espécie de matéria, independente da substância que a compõe.

Propriedades FUNCIONAIS – são propriedades observadas somente em determinados grupos de matéria.

Propriedades ESPECÍFICAS – são propriedades que permitem identificar uma determinada espécie de matéria. Se dividem em 3 tipos.

MassaVolume

Dependem da função química

Organolépticas

Químicas

Físicasponto de fusão,ponto de ebuliçãodensidade

PROPRIEDADES DA MATÉRIA

Page 13: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Massa – refere-se a quantidade de matéria contida em um corpo ou objeto

Principais grandezas

Volume – espaço ocupado por um corpo ou objeto

Densidade – razão entre a massa e o volume ocupado por um corpo ou objeto

Page 14: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

DENSIDADE

Por que o chumbo afunda e a madeira flutua na água?

Para responder a esta pergunta devemos observar qual a massa contida em um volumeigual das três substâncias

d = 0,80 g/cm3 d = 1 g/cm3 d = 11,4 g/cm3

Neste caso, como temos volumes iguais, a substância que apresenta a maior massa, será a mais densa (apresenta maior densidade).

d Chumbo > d Água > d madeiraUnidade no SI = g/mL ou g/cm3

Page 15: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Um pouco mais sobre densidadePor que um navio, mesmo sendo muito pesado não afunda?

Um navio apesar de ser muito pesado, tem sua massa distribuída em um volume muito grande e por isso apresenta densidade menor que a da água

E por que um submarino afunda?

Quando está vazio o submarino flutua, pois é menos denso que a água.Para que ele afunde é necessário aumentar seu peso, o que se consegue armazenando água em reservatórios em seu interior, tornando-o mais denso que a água.

Por que o gelo flutua na água?

O gelo apresenta menor densidade que a água líquida, devido à forma como as moléculas de água se organizam no estado sólido, há um aumento no volume e consequente diminuição da densidade.

Page 16: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Exercícios sobre densidade1. O bromo é um líquido vermelho acastanhado com densidade de 3,10 g/mL. Que volume ocupa uma amostra de 88,5 g de bromo?

d = 3,1 g/mL

m = 88,5 g

V = ?

d = m/V

3.1 = 88,5 / V3.1 x V = 88,5

V = 28.5 mL

2. A densidade do selênio é 4,79 g/cm3.  Qual a massa em kg contida em de 6,5 cm3 de selênio?

d = 4,79 g/cm3

V = 6,5 cm3

m = ?

d = m/V

4,79 = m / 6,5m = 4,79 x 6,5

m = 31, 1 g: 1000

m =0,0311

3. Um bloco de ferro com d = 7,6 g/cm3 tem as seguintes dimensões: 20cm x 30cm x 15cm. Determine a massa, em kg, do bloco.

d = 7,6 g/cm3

V = 20 x 30 x 15 = 900 cm3

m = ?

d = m/V

7,6 = m / 900m = 7,6 x 900

m = 6840 g: 1000

m =6,84 kgV = 900 cm3

Volume de um bloco retangular = comp. X larg. X alt.

Page 17: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Neste caso conhecemos a densidade ea massa de cada uma das substâncias,temos que saber qual o volume ocupadopor cada uma delas.

Suponha que 1g seja a massa de cada substância adicionada ao tubo. Vamos calcular o volume que seria ocupado em cada caso?

Água

d = m/v

1 = 1/vV = 1 mL

Acetona

d = m/v

0,8 = 1/vV = 1,25 mL

Clorofórmio

d = m/v

1,4 = 1/vV = 0,71 mLAo invés de se fazer esses cálculos pode-se

simplesmente considerar que quanto MAIOR o volume, MENOR será a densidade

Page 18: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA

MATÉRIA

Substância pura Mistura

Simples Composta

Homogênea

Heterogênea

Azeotrópica

Eutética

Substância pura – como o próprio nome sugere é uma substância pura, isenta de outras substâncias e que apresenta propriedades físicas bem definidas.

Mistura – é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas denominadas componente.

A matéria se divide em dois tipos diferentes: Substância pura e Mistura

Page 19: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Mas como são formadas as substâncias?

Átomo Elemento Molécula Substância

H

O

Conjunto de átomos iguais

Unidade fundamentalda matéria

Formada após a combinaçãodos elementos

H e OConjunto de

moléculas iguais

Letras Sílabas Palavra

Para ficar mais fácil de entender, podemos fazer uma analogia:

Frase

Átomo Elemento Molécula Substância

Page 20: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

SUBSTÂNCIAS PURASTipo de matéria formada por unidades químicas iguais, sejam átomos, sejam moléculas,e por este motivo apresentam propriedades químicas e físicas próprias.

Substâncias simples – formada por um ou mais átomos do mesmo elemento

H2, O2, O3, N2, C (graf.)

Substâncias compostas – formada por dois ou mais elementos diferentes

H2O HCl CO2 HNO3

Page 21: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

MisturasUma mistura é formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas denominadascomponente.

O ar que respiramos é uma mistura formada por ...

gás nitrogênio (N2) = 78%gás oxigênio (O2) = 20%gás argônio (Ar) 1%gás carbônico (CO2) 0,03 %

Cada um desses gases é chamadode componente da mistura

O ouro 18 quilates é uma mistura formada por 3 componentes

ouro (Au) = 75%prata (Ag) = 20%cobre (Cu) = 5%

O combustível etanol é uma mistura formada por 2 componentes

etanol (C2H6O) 93%água (H2O) 7%

Neste caso temos uma mistura formada por3 substâncias simples

Neste caso temos uma mistura formada por2 substâncias compostas

Page 22: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Classificação das MisturasDe acordo com o aspecto visual de uma mistura, podemos classificá-la em função doseu número de fases.

FASE – cada uma das porções que conseguimos ver (a olho nu ou não) na mistura

água + sal dissolvido

1 fase

óleo

água

2 fases

Em função do número de fases, as misturas são classificadas em:

HOMOGÊNEA – toda mistura que apresenta uma única fase. São denominadas soluções

HETEROGÊNEA – toda mistura que apresenta duas ou mais fases

Ex: água com açúcar, ar, água mineral

Ex: água e óleo; água e gelo; granito; areia e terra

Uma mistura formada por gases será sempre HOMOGÊNEA

Page 23: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Vamos praticar?Classifique cada um dos sistemas abaixo quanto à composição.

Formado por átomos de um mesmo elemento

Formado por átomos de elementos diferentes

Formado por substânciasdiferentes

Substância simples Substância composta Mistura

Page 24: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Vamos praticar?Classifique cada uma das misturas a seguir, quanto ao número de fases.

1 faseMistura

Homogênea

2 fases

MisturaHeterogênea

1 fase

MisturaHomogênea

2 fases

MisturaHeterogênea

2 fases

MisturaHeterogênea

Indique quantos componentes, quantas fases e qual o tipo de mistura.

água + açúcar água + giz água + óleo + sal água + sal + granito + açúcar

2 componentes1 fase

Mistura HOMOGÊNEA

2 componentes2 fases

Mistura HETEROGÊNEA

3 componentes2 fases

Mistura HETEROGÊNEA

4 componentes2 fases

Mistura HETEROGÊNEA

Page 25: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Como diferenciamos uma substância pura de uma mistura?

Substância pura – durante a fusão e ebulição a TEMPERATURA permanece CONSTANTE

t1 = início da fusãot2 = fim da fusão

t3 = início da ebuliçãot4 = fim da ebulição

Curva de aquecimento da água

A curva de aquecimento de uma substância pura apresenta 2 patamares

Uma substância pura diferencia-se de uma mistura pelos valores de suaspropriedades específicas (ponto de fusão, ponto de ebulição e densidade)

que como o próprio nome sugere são específicos para cada substância

Page 26: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Como diferenciamos uma substância pura de uma mistura?

Mistura comum – durante a fusão e ebulição a TEMPERATURA VARIA

t1 = início da fusãot2 = fim da fusão

t3 = início da ebuliçãot4 = fim da ebulição

Curva de aquecimento de uma mistura comum

A curva de aquecimento de uma mistura comum NÃO apresenta patamares

Page 27: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Dois tipos de misturas especiaisExistem algumas misturas com comportamento diferente do esperado, sua curva de aquecimento apresenta um patamar. São de dois tipos:

Curva de aquecimento de uma mistura eutética

Mistura eutética – ponto de fusão constante

Misturas eutéticas – apesar de ser uma mistura, comportam-se como se fossem umasubstância pura, pois durante a FUSÃO a temperatura permanece CONSTANTE

Exemplo de mistura eutética

Solda – liga metálica com 63% de estanho + 37% de chumbo

Page 28: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Dois tipos de misturas especiais

Curva de aquecimento de uma mistura azeotrópica

Mistura azeotrópica – ponto de ebulição constante

Misturas azeotrópicas – apesar de ser uma mistura, comportam-se como se fossem umasubstância pura, pois durante a EBULIÇÃO a temperatura permanece CONSTANTE

Exemplo de mistura azeotrópica

álcool hidratado – 96% de etanol + 4% de água

Page 29: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

Vamos praticar?Observe as curvas de aquecimento e classifique cada um dos casos

T

tempo

Substância pura Mistura comum

Mistura azeotrópicaMistura eutética

Tf e Te constante Tf e Te variáveis

Te constanteTf variável

Tf constanteTe variável

Page 30: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURASNa natureza raramente encontramos substâncias puras. Desta forma, para obtermos uma determinada substância é necessário usar métodos de separação aplicáveis à misturas homogêneas ou heterogêneas, dependendo do caso

Misturas Heterogêneas

Sólido + Líquido Sólido + Gasoso Líquido + Líquido Sólido + Sólido

Filtração Filtração Destilaçãofracionada

Catação

No caso das misturas heterogêneas os principais processos de separação que podem ser aplicados são:

Decantação

CentrifugaçãoDecantação

em funil

Peneiração

Separaçãomagnética

Page 31: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS (Sólido – Líquido)

Filtração – passa-se a mistura por um funil contendo papel filtro, onde o sólido ficará retido.

Exemplos

água + areia água + carvão

A filtração é também usada na separação de misturas de substâncias sólidas e gasosas, mas neste caso ao invés de um funil, tem-se um filtro especial

Exemplos

ar + poeira

O aspirador de pó é usado para separar a poeira do ar.

Page 32: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS (Sólido – Líquido)

Centrifugação – é um processo que acelera a decantação dos componentesda mistura entre um líquido e um sólido

Decantação – separa os componentes da mistura segundo sua densidade,onde o componente mais denso deposita-se no fundo do recipiente

Exemplo

Água + barro

A centrifugação é muito utilizada em laboratórios. Um dos exemplos mais comuns é a centrifugação do sangue humano para a realização do hemograma

Centrífuga

Page 33: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS (Líquido– Líquido)

Decantação em funil – é aplicada na separação da mistura entre líquidosimiscíveis

Destilação fracionada – separa os líquidos de uma mistura com base emseus pontos de ebulição

Exemplo

água + álcool

O líquido que evapora primeiro é o de menor ponto de ebulição, dizemos que ele é mais volátil

Coloca-se a mistura no funil, agita-se vigorosamente e em seguida deixa em repouso, para que haja a decantação. Após a decantaçãoabre-se a torneira e coleta-se cada um dos líquidos

Exemplo

água + óleo

Page 34: Classificação, propriedades e transformações físicas da matéria

SEPARAÇÃO DE MISTURAS HETEROGÊNEAS (Sólido-Sólido)

Peneiração – consiste na separação de sólidos com tamanhos diferentes, através do uso de uma peneira

Catação – consiste na separação manual dos sólidos de uma mistura, combase em seu tamanho

A catação é um processo corriqueiro aplicado por exemplo na separação dos grãos de feijão

Assim como a catação, a peneiração é um processo corriqueiro aplicado por exemplo na separação dos pedregulhos da areia. Sendo também utilizada no garimpo do ouro

Separação magnética – consiste na separação de misturas que contémcomponente(s) magnético(s), utilizando-se um imã

A separação magnética é também denominada imantação e para que funcione, pelo menos um dos componentes da mistura deve ser magnético e dos demais não.