Componente Química – 10º ano

Modulo Inicial – Materiais: diversidade e constituição

0.1 Materiais

Explicitar a origem natural ou sintética de alguns materiais de uso corrente

Os materiais naturais são encontrados na natureza “em bruto”Ex: carvão, petróleo, água, ar, rocha, lã, algodão

Os materiais sintéticos ou artificiais resultam de transformações realizadas através de processos em que há intervenção da actividade humanaEx: nylon-6,6, ácido acetilsalicílico, celofane, viscose, pão, cimento, aço

Descrever a constituição de materiais, que fazem parte de organismos vivos ou não vivos, em termos de substâncias que podem existir isoladas umas das outras (caso das substâncias propriamente ditas) ou formando misturas

Uma mistura é todo o material constituído por duas ou mais substâncias (constituintes ou componentes da mistura)

Uma substância é todo o material que é constituído por um único componente.

Caracterizar uma mistura pela combinação das substâncias constituintes e pelo aspecto macroscópico uniforme (mistura homogénea) ou não uniforme (mistura homogénea) que pode apresentar

Uma das classificações possíveis para as misturas tendo como critério macroscópico o estado físico de todos os seus componentes: estado sólido, líquido e gasoso.

Atendendo a critérios macroscópicos as misturas podem classificar-se em:Mistura homogénea, se apresenta aspecto uniforme e não é possível distinguir, mesmo com um microscópio, os constituintes dessa mistura. Os constituintes estão numa só fase. Ex: água da torneira, aço, ar.

Mistura heterogénea, quando apresenta um aspecto não uniforme e é possível distinguir os componentes da mistura a olho nu. Os componentes encontram-se pelo menos em duas fases. Ex: minério, vinho espumoso.

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Mistura coloidal, quando apresentam aspecto homogéneo a olho nu, mas quando observadas ao microscópio os seus componentes são bem visíveis em fases distintas. Ex: vinho, maionese, sangue, leite.

Classificar a composição de uma substância como simples (formadas por um único elemento químico) ou composto (se formadas por dois ou mais elementos químicos)

Reconhecer que a representação da unidade estrutural é a representação química da substância e que as u.e. podem ser átomos, moléculas ou grupos de iões (mono ou poliatómicos)

As substâncias podem agrupar-se em dois conjuntos:

Conjunto das substâncias em que figura apenas o elemento na fórmula química – substâncias elementares ou simples

Quando os átomos do mesmo elemento se combinam quimicamente, em número fixo para cada substância, formando uma entidade, a molécula e que, em conjunto com outras iguais formam a substância – Unidade estrutural: moléculaEx: azoto (N2), oxigénio (O2), hidrogénio (H2), ozono (O3), fósforo (P4), enxofre (S8)

Quando os átomos do mesmo elemento não evidenciam tendência para se ligarem entre si. Isolados, separados por espaços vazios, em conjuntos com um número elevadíssimo de outros átomos do mesmo elemento, formam a substância – Unidade estrutural: átomo.Ex: Xénon (Xe), rádon (Rn), Hélio (He), e outros gases inertes.

Conjunto das substâncias em que figura mais do que um elemento na fórmula química – substâncias compostas

Quando os átomos de elementos diferentes se combinam quimicamente, em proporção fixa para cada substância, formando uma entidade, a molécula, dita, neste caso, heteronuclear, que, em conjunto com um número elevado de outras iguais, forma a substância – Unidade estrutural: moléculaEx: ácido acético (CH3COOH), propano (C3H8), amoníaco (NH3)

Quando as substâncias compostas são formadas por iões, um positivo e outro negativo, electricamente neutros, constituindo as substâncias iónicas – Unidade estrutural: iãoEx: Cloreto de sódio (NaCl), Hidrogenocarbonato de Sódio (NaHCO3)

Assumir o conceito de átomo como central para a explicação da existência das moléculas e dos iões

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Descrever o modelo actual (muito simplificado) para o átomo como aquele que admite ser este constituído por um núcleo (com protões e neutrões – exceptuando-se o Hidrogénio-1) e electrões girando em torno do núcleo e que no conjunto o átomo é electricamente neutro, por ter número de protões (carga +) igual ao número de electrões (carga - )

Interpretar a carga de um ião como a diferença entre o número de electrões que possui e o número de electrões correspondentes ao total dos átomos que o constituem (cada electrão a mais atribui-lhe uma carga negativa; cada electrão a menos atribui-lhe uma carga positiva)

Explicar que a mudança de estado físico de uma substância não altera a natureza dessa substância e que se mantém a unidade estrutural, relevando, no entanto, que nem todas as substâncias têm ponto de fusão e ponto de ebulição.

Pode afirmar-se que, qualquer que seja a unidade estrutural que constitui uma substância, ela mantém-se no decorrer de qualquer mudança de estado que essa substância experimenta.Ex: a água no estado líquido é constituída por moléculas que se representam por H2O; estas moléculas existem também quando a água está no estado sólido ou no estado gasoso.

Algumas substâncias não apresentam ponto de ebulição ou ponto de fusão. Por exemplo a sacarose transforma-se numa nova substância antes de se encontrar o seu ponto de ebulição, e o Azoto líquido nunca solidifica não tendo por isso ponto de fusão.

0.2 Soluções

Associar solução à mistura homogénea, de duas ou mais substâncias em que uma se designa por solvente (fase dispersante) e a(s) outra(s) por soluto(s) (fase dispersa)

Interpretar solvente como a fase dispersante que tem como características apresentar o mesmo estado físico da solução ou ser o componente presente em maior quantidade de substância

Interpretar soluto como a fase dispersa que não apresenta o mesmo estado físico que a solução ou que existe em menor quantidade

O solvente é o componente da mistura que tem o mesmo estado físico da solução ou tem maior quantidade de substância.

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O soluto é o componente da mistura que inicialmente não tem o mesmo estado físico da solução ou tem menor quantidade de substância.

Explicitar a composição quantitativa de uma solução em termos de concentração mássica cuja unidade SI é quilograma por metro cúbico de solução (kg m-3), embora vulgarmente se utilize g dm-3.

Concentração mássica ()

ρ=m(massade solutokg , g)

V (volume desoluçãom3 , dm3)

Fundamentar o uso correcto de equipamento de segurança e manipular com rigor alguns reagentes

Numa leitura, são significativos todos os algarismos lidos directamente mais o primeiro estimado ou duvidoso, inclusive.

Por exemplo, uma régua com divisões de 1 mm permite medir I = 25,4 mm ou 0,0254 m. Destes três algarismos significativos, o último é o duvidoso – foi obtido por estimativa.

Nas adições e subtracções, conserva-se um número de casas decimais igual ao da parcela com menor número de casas decimais.

Nas multiplicações e divisões, o resultado terá o mesmo número de algarismos significativos do factor ou divisor com menor número de algarismos significativos.

Interpretar os princípios subjacentes à separação de componentes de algumas misturas

Os processos físicos de separação são utilizados para separar os componentes das misturas ou para purificar substâncias.

Para separar componentes de misturas que apresentam mais do que uma fase pode-se utilizar a:

Decantação – separação grosseira entre uma fase sólida e uma fase líquida ou entre duas fases liquidas.

Filtração – separação de uma fase sólida e de uma fase fluida (líquida ou gasosa)

Centrifugação – separação de duas fases, uma sólida e outra líquida ou duas líquidas mas não miscíveis, por acção da força centrifuga

Peneiração – separação de duas fases sólidas com diferentes dimensões

Magnetização – separação de componentes com características magnéticas

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Para separar componentes de misturas que apresentem uma fase pode-se utilizar a:

Destilação – separação de uma substância volátil de outras com diferentes pontos de ebulição

Cristalização – separação de uma fase sólida cristalizada por evaporação da fase líquida

Cromatografia – separação dos componentes de uma mistura que apresentam diferentes velocidades de arrastamento por um determinado solvente.

0.3 Elementos Químicos

Reconhecer que a diversidade das substâncias existentes (já conhecidas ou a descobrir na natureza) ou a existir no futuro (a sintetizar) são formados por 115 elementos químicos dos quais 25 foram obtidos artificialmente

Caracterizar um elemento químico pelo número atómico (o qual toma valores inteiros e representa o número de protões existentes em todos os átomos desse elemento), que se representa por um símbolo químico

Cada elemento tem o seu próprio número atómico (valor inteiro) que nos fornece a informação do número de protões – todos os átomos do mesmo elemento têm o mesmo número de protões.

Número atómico (Z) = Número de protões

Como o átomo é uma partícula globalmente neutra, então a partir do número atómico também é possível conhecer o número de electrões.

Número de protões = Número de electrões

Cada átomo de um elemento tem o seu próprio número de massa (valor inteiro) que nos indica o número total de nucleões

Número de massa (A) = Número de protões + Número de neutrões

Cada átomo de um elemento X pode representar-se por XZA

Referir que existem átomos diferentes do mesmo elemento que diferem no número de neutrões apresentado, por isso, diferente número de massa, que são designados por isótopos e que a maioria dos elementos os possui

Todos os átomos do mesmo elemento têm o mesmo número atómico (mesmo número de protões). Assim, se o número de massa não é sempre o mesmo, esta diferença só pode ser atribuída à presença de diferente número de neutrões.

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Átomos de um mesmo elemento que apresentam diferentes números de massa (igual número de protões e diferentes número de neutrões) são chamados isótopos.

Caracterizar um elemento químico através da massa atómica relativa para a qual contribuem as massas isotópicas relativas e respectivas abundâncias dos seus isótopos naturais

A massa de um átomo é praticamente toda atribuída aos nucleões (protões e neutrões) que se encontram no núcleo desse átomo, porque a massa dos electrões é desprezável quando comparada com a dos nucleões.

Como as massas dos nucleões são muito pequenas (1,7 x 10 -27 kg), os valores das massas absolutas dos átomos são muito pequenas quando expressas em quilograma.

No entanto, mais importante do que conhecer a massa absoluta dos átomos expressa em kg, é conhecer a massa atómica relativa, isto é, saber quantas vezes a massa de um átomo é maior que a de um padrão.

A massa-padrão usada actualmente é 1/12 da massa do átomo de carbono 12.

A massa atómica relativa (Ar) de um elemento quando este tem isótopos determina-se sabendo as massas isotópicas relativas (massa atómica relativa de cada isótopo) e a respectiva abundância.

Uma molécula pode ser constituída por átomos do mesmo elemento (substância elementar) ou por átomos de diferentes elementos (substância composta). Conhecidas as massas atómicas relativas dos átomos que constituem a molécula podemos determinar a massa molecular relativa (Mr)

Descrever a disposição dos elementos químicos por ordem crescente do número atómico, segundo linhas, na Tabela Periódica assumindo que o conjunto de elementos dispostos na mesma linha pertencem ao mesmo período e que o conjunto de elementos dispostos na mesma coluna pertence ao mesmo grupo (numerados de 1 a 18)

Os elementos químicos estão ordenados segundo o número atómico crescente respeitando semelhanças de propriedades, ficando agrupados em “famílias” formando a Tabela Periódica.

Às linhas verticais da TP dá-se a designação de grupos (1 a 18) e às linhas horizontais a designação de períodos (1 a 7).

Associar a fórmula química de uma substância à natureza dos elementos químicos que a compõem (significado qualitativo) e à relação em que os átomos de cada elemento químico (ou iões) se associam entre si para formar a u.e. (significado quantitativo)

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Todas as substâncias são representadas simbolicamente por fórmulas químicas. Nas fórmulas químicas, além dos símbolos dos elementos (indica a qualidade dos elementos), aparecem índices numéricos que indicam o número de átomos de cada elemento que constitui a unidade estrutural (indica a quantidade de cada elemento).

Indicar algumas regras para a escrita das fórmulas químicas quer quanto à ordenação dos elementos químicos quer quanto à sequência dos iões (no caso de substâncias iónicas)

Unidade 1 – Das Estrelas ao Átomo

1.1. Arquitectura do Universo

Posicionar a Terra e a espécie humana relativamente à complexidade do Universo

Referir aspectos simples da Teoria do Big Bang (expansão e radiação de base) e as suas limitações; referir a existência de outras teorias

Analisar escalas de tempo, comprimento e temperatura do Universo

Explicitar a organização do Universo em termos da existência de aglomerados de estrelas, nebulosas, poeiras interestelares, buracos negros e sistemas solares

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Descrever o processo de formação de alguns elementos químicos no Universo, através de reacções de fusão nuclear e por choques de partículas de massas, energias e origens diferentes

Distinguir, de forma simplificada, reacção nuclear de reacção química, frisando o tipo de partículas e as ordens de grandeza das energias envolvidas

Distinguir reacção nuclear de fusão de reacção nuclear de fissão

Caracterizar as reacções nucleares de fusão para a síntese nuclear do He, do C s do O

Associar fenómenos nucleares a diferentes contextos de utilização (por exemplo, produção de energia eléctrica, datação, meios de diagnóstico e tratamentos clínicos)

Interpretar a formação de elementos mais pesados à custa de processos nucleares no interior de estrelas

Analisar um gráfico de distribuição dos elementos químicos no Universo e concluir sobre a sua abundância relativa

Relacionar o processo de medição com o seu resultado – a medida – tendo em conta tipos de erros cometidos

1.2. Espectros, radiações e energia

Caracterizar tipos de espectros (de riscas/descontínuos e contínuos, de absorção e de emissão)

Interpretar o espectro de um elemento como a sua “impressão digital”

Interpretar o espectro electromagnético de radiações associando cada radiação a um determinado valor de energia (sem referência à sua frequência e ao seu comprimento de onda)

Comparar radiações (UV, VIS e IV) quanto à sua energia e efeito térmico

Situar a zona visível do espectro no espectro electromagnético

Identificar equipamentos diversos que utilizam diferentes radiações (por exemplo, instrumentos LAZER, fornos microondas, fornos tradicionais, aparelhos de radar e aparelhos de raio X)

Estabelecer a relação entre a energia de radiação incidente, a energia mínima de remoção de um electrão e a energia cinética do

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electrão emitido quando há interacções entre a radiação e um metal

Identificar algumas aplicações tecnológicas da interacção radiação matéria, nomeadamente o efeito fotoeléctrico

Interpretar espectros atómicos simples

1.3. Átomo de Hidrogénio e estrutura atómica

Descrever o espectro do átomo de hidrogénio

Associar, no átomo de hidrogénio, cada série espectral a transições electrónicas e respectivas radiações Ultra Violeta, Visível e Infra Vermelho

Explicar a existência de níveis de energia quantizados

Descrever o modelo quântico do átomo em termos de números quânticos (n, l, m e ms), orbitais e níveis de energia

Referir os contributos de vários cientistas e das suas propostas de modelo atómico, para a formalização do modelo atómico actual

Estabelecer as configurações electrónicas dos átomos dos elementos (Z <23) atendendo aos princípios de energia mínima e da exclusão de Pauli, e à regra de Hund

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