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QUÍMICA - 1° AnoUnidades de medida e conversão de unidades

Área 2 - QuímicaEnsino Médio - 1º Ano

PRINCIPAIS UNIDADES DE MEDIDA UTILIZADAS EM QUÍMICA (MASSA, VOLUME, TEMPERATURA E

PRESSÃO) E CONVERSÃO DE UNIDADES


Conceitos iniciais

• Sem nos darmos conta, usamos constantemente as unidades de medidas no nosso cotidiano.

Quando você está procurando a casa de um amigo para poder chegar numa festa, por exemplo.

Perdido, decide pedir informação. A pessoa que responde diz: “Fica a 3 quarteirões de distância” e vai embora.

Você anda 3 quarteirões e se lembra de que devia ter perguntado: “Para que lado?”

• Então para e pergunta a outra pessoa, que responde (apontando uma direção): “Fica a 200 metros pra lá”.

• Percebeu? Nessas duas situações, foram usados diferentes tipos de unidades para representar distância (1).


Conceitos iniciais• Outro exemplo é quando

você quer preparar uma pizza e vai à padaria comprar 200 gramas de queijo.

• Ou então quando vai comprar uma TV de 21 polegadas.

• Ou ainda quando faltam 5 minutos para chegar à aula e você está a 10 quilômetros da escola sob um sol de 38 graus (Celsius).

• Podemos dar milhões de outros exemplos.

• Agora imagine um mundo sem unidades de medida.

• Você vai à padaria e pede o quê? 200 coisinhas de queijo? Não dá, não é? (2)


Conceitos iniciais

• Pois bem. Para realizarmos qualquer experimento em Química, é preciso conhecer algumas unidades de medida.

• A medida de uma grandeza é um número que expressa uma quantidade, comparada com um padrão previamente estabelecido.

• O volume, a massa, a temperatura, a densidade e a pressão são unidades de medida bastante usadas (3).

Imagem: Cruccone / Creative Commons Attribution 3.0 Unported

Imagem: Stefan-Xp / GNU Free Documentation License


Massa

• Não. “Massa” não é só de macarrão ou pizza.

• Massa é definida como a quantidade de matéria existente em um corpo.

• Para medir a massa de um objeto, usa-se um aparelho chamado balança (4).

• A unidade padrão pelo Sistema Internacional (SI) é o quilograma (Kg).

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Imagem: Karelj / Public Domain


Massa• O padrão de massa é o único

que permanece definido por um protótipo; trata-se um cilindro de platina e irídio, chamado Quilograma Protótipo Padrão, mantido (desde 1889) no Bureau Internacional de Pesos e Medidas, em Sèvres, na França. Então 1 kg é igual à massa desse cilindro (vide figura).

• Cópias do quilograma padrão foram enviadas para laboratórios em vários países como padrões secundários para padronização e calibração.

• A cópia brasileira, denominada Quilograma Protótipo Nº 66, é mantida no Laboratório de Massa (LAMAS) do Inmetro, órgão responsável pela padronização e calibração do padrão de massa em nosso país (5).

Imagem: National Bureau of Standards/ Public Domain


Volume

• Desliguem o rádio!• Tudo bem! Tudo bem!

Desliguem o mp3 player! Não! Não estamos falando de som alto.

• O volume de um corpo é a extensão que ele ocupa no espaço.

• A fórmula simplificada para cálculo de volume é:

V = comprimento x altura x larguraImagem: Mietitor17 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication

Imagem: M.Romero Schmidtke / GNU Free Documentation License

Imagem: User:Salgueiro / Public Domain


Volume

• A unidade padrão de volume no SI é o metro cúbico (m3).

• Em nosso cotidiano e nos laboratórios, a unidade mais usada é o litro (L) e suas subunidades (mL, L, ...).

• Vários instrumentos servem para medir volume no laboratório: balão volumétrico (direita acima), pipeta (direita abaixo), bureta, proveta, etc.

Imagem: Dr. Eugen Lehle / GNU Free Documentation License


Conversão de unidades (massa e volume)

• Relações de massa:1 kg = 1.000 g = 106 mg;

1 g = 1.000 mg = 0,001 kg;1 ton = 1.000 kg = 106 g.

• Relações volumétricas:1 L (dm3) = 1.000 mL (cm3);

1 m3 = 1.000 L.


Temperatura

• Agora o negócio vai esquentar!!! E nem estamos na praia.

• Temperatura é a relação da capacidade que um corpo tem de transmitir ou de receber calor. Também está relacionada ao estado de agitação das partículas que formam o corpo (6).

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Temperatura

• O termômetro é o aparelho usado para determinar os valores de temperatura.

• A graduação do termômetro permite visualizar a variação de temperatura.

• Essa graduação é denominada escala termométrica do aparelho (7).

Imagem: Menchi / Medical mercury-in-glass thermometer / GNU Free Documentation License

Imagem: Berthold Werner / Electronic medical thermometer / GNU Free Documentation License


Escalas de temperatura: Celsius

• A escala Celsius foi criada pelo sueco Anders Celsius (1701-1744), tomando como base a ideia de que a água (H2O) muda de estado físico de agregação sempre na mesma temperatura para uma dada pressão.

• Assim, ele atribuiu o valor 0°C ao ponto de fusão e 100°C ao ponto de ebulição da água ao nível do mar, dividindo a escala em cem partes iguais.

• Essa é a escala usada no Brasil.

Imagens: SEE-PE


Um pouco de história da escala Celsius

• O termo original para este sistema foi centígrado (100 partes) ou centésimos.

• Em 1948, o nome foi oficialmente modificado para Celsius, como reconhecimento ao seu criador e para eliminar a confusão causada pelo conflito de uso do prefixo centi do SI (8).

• Em 1954, a escala foi redefinida em termos do ponto triplo da água (estado em que as fases sólida, líquida e gasosa coexistem em equilíbrio) e da escala de temperatura do gás perfeito.

• Os aspectos importantes dessa nova escala são o único ponto fixo (o ponto triplo da água) e a definição da magnitude do grau (9).

Imagem: SEE-PE.


Escalas de temperatura: Fahrenheit• A escala Fahrenheit foi uma criação

do alemão Daniel Grabriel Fahrenheit (1686-1736), que se baseou em outra ideia.

• Ele tomou como base a temperatura média aproximada do corpo humano (~37,8°C) e a associou ao valor 100 em sua escala (100°F).

• Nesta escala relativa, a vaporização da água ocorre em 212°F (=100°C) e a fusão do gelo em 32°F (=0°C).

• Entre esses dois pontos fixos, temos 180 partes iguais.

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Escalas de temperatura: Kelvin• Por fim, temos a escala Kelvin,

criada pelo inglês William Thomson (1824-1907), mais conhecido como Lorde Kelvin.

• Ela é o padrão mundial de temperatura e pertence ao SI.

• Também é conhecida como escala de temperatura absoluta, pois o seu zero (0 K = -273,15°C), chamado de zero absoluto, corresponde à menor temperatura possível no Universo (10).

• Na figura ao lado, podemos visualizar a conversão de gelo em água e em vapor, acompanhando a variação de temperatura em cada escala.

Imagem: SEE-PE


Conversão entre unidades de temperatura• As escalas Celsius, Fahrenheit e

Kelvin se relacionam pela equação ao lado.

• Quanto vale, por exemplo, 25,2°C (temperatura média anual de Recife) nas escalas:

(a) Kelvin e (b) Fahrenheit?

a) Tc/5 = (Tk-273)/5 Tc = Tk-273Tk = Tc+273 = 25,2+273 = 298,2 K

b) Tc/5 = (Tf-32)/9 Tf = (9xTc/5)-32Tf = (9x25,2/5)-32 = 13,4°F

Imagens: SEE-PE


Pressão• Não, não se trata da pressão

do chefe para terminar um trabalho ou da pressão quando está terminando o horário da prova.

• A pressão de que estamos falando é aquela percebida nos balões de ar, na panela de pressão e no sangue.

Imagem: Rsabbatini / Public DomainImagem: Pressure cooker / GNU Free Documentation License

Imagem: Kropsoq / 2006 Ojiya Balloon Festival / GNU Free Documentation License


Pressão• A pressão é a grandeza que

relaciona a força exercida sobre uma dada superfície (área).

• Podemos perceber pela equação que, para uma dada força, quanto menor a área, maior a pressão (11).

• O que chamamos de pressão atmosférica é a pressão exercida pela camada de ar que nos envolve em todas as direções.

Imagem: Tecnòlegs de l'IES Bisbal / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.


Pressão

• A pressão atmosférica é medida com um barômetro, inventado pelo italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) – vide figura ao lado.

• São as diferenças de pressão na atmosfera que causam os ventos (ar em movimento).

• Dependendo da diferença de pressão (que está associada à velocidade dos ventos), podemos ter ciclones ou anticiclones.

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Unidades de pressão• A unidade no SI para medir pressão

é o Pascal (Pa ou N/m2).• A pressão atmosférica , ao nível do

mar, mede 101.325 Pa (=1 atm).• Outras unidades mais usadas:

– Atmosfera é a pressão correspondente a 760 mm de Hg (lembra de Torricelli?);

– Bar é a unidade de pressão no sistema cgs e vale uma dyn/cm²;

– PSI (pound per square inch, libra por polegada quadrada) é a unidade de pressão no sistema inglês/americano: 1 bar = 14,5 psi.

• Um manômetro serve para medir a pressão de fluidos contidos em recipientes fechados.

• Acima, temos um manômetro que mede em psi (escala vermelha) e em kPa (escala preta).

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Comparação entre unidades de pressão

Pa bar atm psi

1 Pa ≡ 1 N/m² = 10−5 bar ≈ 9,87 × 10−6

atm ≈ 145 × 10−6

psi

1 bar = 100.000 Pa

≡ 1 bar ≈ 0,987 atm ≈ 14,504 psi

1 atm

= 101.325 Pa

= 1,01325 bar ≡ 1 atm ≈ 14,696 psi

1 psi ≈ 6894,757 Pa

≈ 68,948×10−3 bar

≈ 68,046×10−3 atm

≡ 1 lbf/in²


Densidade• Não, não estamos falando de

densidade populacional. Isso é assunto de Geografia. E estamos numa aula de Química.

• Densidade pode ser definida como a razão entre a massa de um corpo e seu volume.

D = m / V• Quanto mais denso for um corpo,

maior será a quantidade de massa num mesmo volume:

Sólido > Líquido > Gasoso• A densidade para sólidos e líquidos

é normalmente expressa em g/cm3 (=g/mL) e para gases em g/L.

Imagem: SEE-PE


Densidade

• Você já observou que, em regiões polares, é comum ver grandes blocos de gelo (icebergs) flutuando na água do mar? Isso ocorre devido à densidade do gelo (0,92 g/cm3) ser menor que a da água do mar (1,03 g/cm3) (12).

• Analogamente, materiais imiscíveis (que não se misturam) com densidade maior afundam nos de menor densidade. Como ocorre com o óleo flutuando na água.

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Medindo a densidade de sólidosReceita:1. determine a massa (em g) do

sólido em uma balança (m);2. adicione um volume (em mL)

conhecido de água a uma proveta (Vi);

3. mergulhe o sólido na proveta;4. meça o volume final (Vf);5. calcule o volume ocupado pelo

sólido (Vf – Vi);6. calcule a densidade do sólido:

d = m / (Vf – Vi).Fácil, não é?

Imagem: SEE-PE


Exercícios

1. Um caminhão com capacidade máxima de carga igual a 10 ton pode transportar quantos sacos de cimento de 50 kg?

10 ton = 10.000 kgN = 10.000/50

N = 200 sacos de cimento

Imagem: GNU Free Documentation License

Imagem: KVDP / A pallet of Portland cement bags used for construction / Public Domain


Exercícios

2. Coloca-se, em um recipiente, três diferentes quantidades de água: 10 L, 500 mL e 47 cm3. Qual será a quantidade final (em L)?

V1 = 10 L

V2 = 500 mL = 0,5 L

V3 = 47 cm3 = 0,047 L

Vf = V1 + V2 + V3

Vf = 10 + 0,5 + 0,047 = 10,547 L

Imagem: JJ Harrison (http://www.noodlesnacks.com) / GBU Free Documentation License.


Exercícios

3. Um aquário tem 7/8 de sua capacidade cheio de água. Se suas dimensões são:

1,00 m (altura) x 0,80 m (largura) x 0,40 m (profundidade), determine o volume de água em litros existente no aquário.

Vtotal = 1,00 x 0,80 x 0,40

Vtotal = 0,32 m3 = 320 L

V(água) = 320 x 7/8

V(água) = 280 L

Imagem: GNU Free Documentation License.


Exercícios4. (Mackenzie SP) Uma pessoa

mediu a temperatura de seu corpo, usando um termômetro graduado na escala Fahrenheit e encontrou o valor 97,7°F. Na escala Celsius, essa temperatura corresponde a...

a) 36,5°Cb) 37,0°Cc) 37,5°Cd) 38,0°Ce) 38,5°C

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Exercícios

5. Converta os seguintes valores de pressão:

a) 80 kPa _____ atm, _____ psi, _____bar

b) 5,2 atm _____ psi, _____ bar, _____kPa

c) 15,0 psi _____ kPa, ____ atm, _____bar

0,79 11,6 0,80

76,4 5,27 526,9

103,4 1,02 1,03


Exercícios

6. Em um laboratório, foram selecionadas cinco amostras metálicas, contudo, o técnico acabou misturando-as.Para identificá-las, ele resolveu usar a densidade de cada uma.Para cada amostra, foi colocada determinada quantidade de água destilada em uma proveta, verificando a medida (Vinicial).

Colocou-se, então, a amostra na proveta e observou-se, novamente, a medida (Vfinal).

Confira os dados na tabela ao lado.

Amostra Massa (g)

Vinicial (mL)

Vfinal (mL)

1 7,81 25,0 26,12 8,06 28,1 29,03 10,29 26,2 27,14 5,91 27,1 29,35 15,04 26,2 28,1

Agora, responda: Sabendo a densidade teórica de cada metal (abaixo), ajude-o a identificar cada amostra (13):– Alumínio (2,7 g/cm3)– Zinco (7,1 cm3)– Ferro (7,9 cm3)– Cobre (8,96 g/cm3)– Chumbo (11,4 g/cm3)

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Até a próxima aula!


Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

4a Cruccone / Creative Commons Attribution 3.0

Unportedhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermometer_from_france.jpg

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4b Stefan-Xp / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:WMF_Schnelldrucktopf_4,5_Liter_Perfect_Ultra.jpg

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5a Karelj / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Balance_Mettler_AJ100.jpg

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5b 百楽兎 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

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6 National Bureau of Standards/ Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Standard_kilogram,_2.jpg

09/03/2012

7a User:Salgueiro / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cone.png

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7b Mietitor17 / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication

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7c M.Romero Schmidtke / GNU Free Documentation License

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8 Dr. Eugen Lehle / GNU Free Documentation License

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10 Original uploader was Michiel1972 at nl.wikipedia / GNU Free Documentation License

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Tabela de Imagens



11a Berthold Werner / Electronic medical

thermometer / GNU Free Documentation License

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11b Menchi / Medical mercury-in-glass thermometer / GNU Free Documentation License

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12 SEE-PE Acervo SEE-PE 12/03/201213 SEE-PE Acervo SEE-PE 12/03/201214 Pearson Scott Foresman / Wikimedia

Foundation /Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermometer_(PSF)_de.svg

12/03/2012

15 SEE-PE Acervo SEE-PE 13/03/201216 SEE-PE Acervo SEE-PE 13/03/2012

17a Pressure cooker / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pressure_cooker.jpg

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17b Rsabbatini / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sphygmomanometer.jpg

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17c Kropsoq / 2006 Ojiya Balloon Festival / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2006_Ojiya_balloon_festival_011.jpg

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18 Tecnòlegs de l'IES Bisbal / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic.

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13/03/2012

19a S. L. Pelaco / Evangelista Torricelli / 17th century /United States Public Domain

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Tabela de Imagens



19b SEE-PE Acervo SEE-PE 12/03/201219c SEE-PE Acervo SEE-PE 12/03/201220 OSH FPaD / Creative Commons CC0 1.0

Universal Public Domain Dedication.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Man%C3%B3metro_de_la_c%C3%A1mara.jpg

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22 SEE-PE Acervo SEE-PE 12/03/201223a Victor Blacus / Two phases (water and oil) in

the same state of aggregation (liquid) / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_and_oil.jpg

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23b Created by Uwe Kils (iceberg) and User:Wiska Bodo (sky) / A photomontage of what a whole iceberg might look like / GNU Free Documentation License

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24 SEE-PE Acervo SEE-PE 12/03/201225a GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Iveco_7-5tonner_mit_Kofferaufbau.jpg13/03/2012

25b KVDP / A pallet of Portland cement bags used for construction / Public Domain

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Portland_Cement_Bags.jpg

13/03/2012

26 JJ Harrison (http://www.noodlesnacks.com) / GBU Free Documentation License.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_Dolphin.jpg?uselang=pt-br

13/03/2012

27 GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aquariumsimple.jpg

13/03/2012

28 R. A. Millikan and H. G. Gale / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fahrenheit_Celsius_scales.jpg

13/03/2012

Tabela de Imagens

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