Química Geral - 2012/2013

Professor Valentim Nunes, Unidade Departamental de Engenharia

email: valentim@ipt.pt

Gabinete: J207

Pág. Web: http://www.docentes.ipt.pt/valentim/ensino/quimica1.htm (é bastante útil a consulta desta página!)

Why study chemistry?

• Porque é necessário para obter a graduação em Engenharia!!!

• Pela inúmeras aplicações no nosso dia-a-dia

•Diferentes disciplinas dependem da Química: materiais, reacção química, energia, ambiente, bioquímica, etc.

• Compreensão de aspectos ambientais: camada de ozono, chuva ácida, reacções nucleares, medicamentos, reciclagem, etc.

Ver lição de apresentação!

Planificação das aulas teóricas

1ª Semana 20/09 Apresentação; Química e Sociedade

2ª Semana 27/09 Ferramentas da Química I

3ª Semana 04/10 Ferramentas da Química II

4ª Semana 11/10 Ferramentas da Química III - Termoquímica

5ª Semana 18/10 Estrutura Atómica

6ª Semana 25/10 Tabela Periódica

7ª Semana 08/11 Ligação Química

8ª Semana 15/11 Estados da Matéria - Estado Gasoso

9ª Semana 22/11 (Cont.)Líquidos, Sólidos e Mudanças de Fase

10ª Semana 29/11 Propriedades Físicas das Soluções

11ª Semana 06/12 Equilíbrio Químico - Lei da Acção de Massas

12ª Semana 13/12 (Cont.) Equilíbrio Ácido-Base

13ª Semana 20/12 (Cont.) Equilíbrio de Solubilidade

Ferramentas básicas da Química

Química - É uma Ciência experimental que se ocupa do estudo da Matéria e das transformações que nela ocorrem.

Matéria: Tudo o que possui massa e ocupa espaço.

Substância pura: forma de matéria com composição bem definida e propriedades próprias. Exº: H2O, ouro, O2, etc..

Elementos: blocos básicos da matéria! Não podem ser decompostos por meios químicos em substâncias mais simples

Compostos: combinação de dois ou mais elementos unidos quimicamente em proporções bem definidas e constantes.

Misturas: combinação de duas ou mais substâncias que mantêm a sua identidade.

Homogéneas: Constituídas por uma única fase uniforme

Heterogéneas: múltiplas fases.

Classificação da Matéria

Transformações físicas: a identidade das substâncias não é alterada.

Transformações químicas: formação ou quebra de ligação química.

Elementos

Elements…

Elementos

Elements…

Estados da Matéria

Sólido Líquido Gasoso

Todas as substâncias podem, em princípio, existir em três estados:

Unidades do Sistema Internacional (SI)

Unidades de Base: comprimento (m); massa (kg); tempo (s), corrente (A); Temperatura (K); intensidade luminosa (cd); quantidade de substância (mol).

Unidades derivadas: exº volume (m3); força (N); energia (J), etc.

Conversão de unidades --> método do factor unitário

= 1300 kg/m3

= 1300 kg/ m3 (1 m3/ 1106 cm3) (1000 g/ 1 kg) =

= 1.3 g/ cm3

Propriedades dos materiais

Propriedades intensivas: não dependem da quantidade de matéria: exº densidade, temperatura…

Propriedades extensivas: dependem da quantidade de matéria: exº massa, volume…

Propriedades físicas: características que não alteram a composição química do material: exº ponto de fusão, temperatura, dureza, condutividade,..

Propriedades químicas: envolvem a mudança de composição química: exº reactividade química, combustão, polimerização, explosividade,….

Densidade….

Density - an Intensive, Physical Property

• For Most materials, density decreases with temperature as thevolume increases -- not so for water

If the density of ice at 0° C is 0.917 g / ml how much mass of ice isthere in 75 ml of ice? = m/V m = V = 0.91775 = 69

g

Teoria atómica

Dalton: elementos são constituídos por partículas pequenas, chamados átomos. Os átomos de um dado elemento são iguais, indivisíveis e indestrutíveis (Not true!!)

Estrutura do átomo

Thomson: electrões

Rutherford: protões e o núcleo.

Chadwick: neutrões.

The Nuclear Atom

Relações mássicas

Número atómico, Z: número de protões do núcleo.

Número de massa, A: número de protões + número de neutrões do núcleo.

Um átomo X é designado por

Isótopos: átomos de um mesmo elemento mas com diferente número de massa.

XAZ

Unidade de massa atómica: propriedade fundamental dos átomos. Por Convenção Internacional 1 u.m.a. é igual a 1/12 da massa de um átomo de carbono 12, C12

6

Massa atómica: é a massa média pesada de um elemento, tendo em conta a abundância natural relativa dos isótopos desse elemento.

Relações mássicas

Mole, mol: Quantidade de substância que contem o mesmo número de entidades elementares (átomos, moléculas, iões ou outras partículas) quantos os átomos existentes em exactamente 12 g de carbono-12. 1 mol contem sempre o mesmo número de partículas.

Constante de Avogadro: NA 6.022 1023 mol-1

Massa molar: a massa em gramas de 1 mol de átomos de um elemento. A massa molar é a quantidade em gramas numericamente igual à massa atómica em u.m.a.

Moléculas, Iões e seus compostos

Molécula: agregado de pelo menos dois átomos ligados por forças químicas. É a mais pequena entidade em que uma substância pura, como o açúcar ou água, pode ser dividida e ainda reter a composição e propriedades químicas da substância. São representadas por fórmulas:

molecular: C2H6O

condensada: CH3CH2OH

estruturais:

Iões: Um ião é um átomo ou grupo de átomos que tem uma carga positiva ou negativa - monoatómicos ou poliatómicos.

Catiões: Al3+, Cu2+, NH4+, …..

Aniões: O2-, F-, CO32-, ….

Compostos

Compostos iónicos

Para escrever a fórmula de um composto iónico usamos a “regra do abraço”:o índice do catião é numericamente igual á carga do anião, e o índice do anião é numericamente igual à carga do catião.

Ca2+ + Cl- CaCl2 ; Al3+ + O2- Al2O3

Compostos moleculares: não-iónicos, resultam geralmente da combinação de dois elementos não-metálicos.

Massa molar de um composto: é a massa em gramas do número de Avogadro de moléculas (ou unidades de fórmula num composto iónico). Calcula-se pela soma das massas atómicas dos elementos constituintes.

Composição percentual dos Compostos

Composição percentual de um composto: é a percentagem em massa de cada elemento num composto.

Exº NH3

%N = (massa N/massa de NH3) x100 = (14.007/17.031)x100 = 82.24%

%H = (3xmassa de H/massa de NH3)x100 = 17.76%

Obtenção de fórmulas empíricas e moleculares:

--> converter massa em %

--> converter massa em número de moles

--> encontrar a razão entre o número de moles de cada elemento (permite obter a fórmula empírica)

--> a partir da massa molar, obter a fórmula molecular

Nomenclatura de compostos Inorgânicos

Compostos iónicos: muitos compostos iónicos são binários ou formados apenas por dois elementos. O primeiro elemento nomeado é o anião não-metálico, seguido do catião. O nome do anião obtém-se adicionando a terminação “eto”

A terminação em “eto” é também usada para alguns grupos aniónicos com elementos diferentes como o ião cianeto (CN-).

Com excepção do ião amónio (NH4+), todos os catiões com interesse derivam de

átomos de metais e recebem o nome dos seus elementos.

Exemplos:

NaCl : cloreto de sódio KBr : brometo de potássio

ZnI2 : iodeto de zinco Al2O3 : óxido de alumínio (!)

Nomenclatura de compostos Inorgânicos

Nomes e fórmulas de alguns catiões e aniões inorgânicos comunsCatião Anião___________________________________________________________

Amónio, NH4+ Carbonato, CO3

2-

Bário, Ba2+ Clorato, ClO3-

Cádmio, Cd2+ Cloreto, Cl-

Cálcio, Ca2+ Cromato, CrO42-

Césio, Cs+ Dicromato, Cr2O72-

Chumbo(II), Pb2+ Fluoreto, F-

Crómio, Cr3+ Hidreto, H-

Cobre(I) ou cuproso, Cu+ Hidrogenocarbonato ou bicarbonato, HCO3-

Cobre(II) ou cúprico, Cu2+ Iodeto, I-

Ferro(II) ou ferroso, Fe2+ Nitrato, NO3-

Ferro(III) ou férrico, Fe3+ Nitreto, N3-

Lítio, Li+ Óxido, O2-

Potássio, K+ Peróxido, O22-

Sódio, Na+ Sulfato, SO42-

Zinco, Zn2+ Sulfureto, S2-

Sistema de Stock:

FeCl2: cloreto de ferro (II)

FeCl3: cloreto de ferro (III)

Nomenclatura de compostos Inorgânicos

Compostos moleculares: Ao contrário dos compostos iónicos, os compostos moleculares contêm unidades moleculares discretas. A nomenclatura de compostos binários é semelhante aos compostos iónicos.

Exemplos: HCl : cloreto de hidrogénio; SiC: carboneto de silício

Para outros compostos utilizam-se os prefixos gregos para indicar o número de átomos de cada elemento na molécula:

Exemplos:

CO: monóxido de carbono CO2: dióxido de carbono

SO3: trióxido de enxofre PCl3: tricloreto de fósforo

Nomenclatura de compostos Inorgânicos

Ácidos e Bases: um ácido pode ser descrito como uma substância que liberta iões de hidrogénio, H+, quando dissolvida em água, enquanto uma base pode ser descrita como uma substância que cede iões hidróxido, OH-, quando dissolvida em água.

Aniões cujo nome termina em “eto” formam ácidos com uma terminação em “ico”

Exemplos:

F- ,fluoreto HF, ácido fluorídrico

Cl-, cloreto HCl, ácido clorídrico

CN-, cianeto HCN, ácido cianídrico

Nomenclatura de compostos Inorgânicos

Os oxoácidos são ácidos que contêm hidrogénio, oxigénio e um outro elemento.

Oxoácido Oxoanião

ácido “per---ico” “per--ato”

ácido “--ico” “--ato”

ácido “--oso” “--ito”

ácido “hipo--oso” “hipo--ito”

Remoção de todos os iões H+

+O

-O

-O

Nomenclatura de compostos Inorgânicos

Ácido AniãoHClO4 (ácido perclórico) ClO4

- (perclorato)HClO3 (ácido clórico) ClO3

- (clorato)HClO2 (ácido cloroso) ClO2

- (clorito)HClO (ácido hipocloroso) ClO- (hipoclorito)

Hidratos: são compostos que possuem um número específico de moléculas de água ligadas a si.

Exemplos:

BaCl2 ·2H2O dihidrato de cloreto de bárioMgSO4 ·7 H2O heptahidrato de sulfato de magnésio

Recomendações Finais

Utilizem estes “slides” em conjuntos com as vossa notas da lição!

Complementem o vosso estudo com a leitura do Capítulo 1 e 2 do Chang (R.Chang, Química, 8ª ed., McGraw-Hill, Lisboa, 2005)

Resolvam os exercícios da 1ª série!

Boa semana!