Autor: Ana Paula | Publicado: 2011-02-10T10:56:00-08:00

Esquema de estudo – 1° Ano - Cap. 1 – Química – Profa Ana Paula(a partir da pág. 16) Como prever em qual estado físico encontra-se uma substância, a certa temperatura?A temperatura de ebulição e o estado físico da substânciaA uma temperatura acima da temperatura de ebulição, a substância estará no estado gasoso. A uma temperatura abaixo da temperatura de ebulição, essa mesma substância estará líquida ou sólida.Exemplo:1. Qual é o estado físico da água a 130°C?2. Qual é o estado físico do ferro na superfície do sol a 3 000 °C?Temperatura de liquefaçãoSerá que a temperatura de liquefação de uma substância é igual à temperatura de ebulição?            R: Toda substância se liquefaz à mesma temperatura em que ferve. A temperatura de liquefação de uma substância é outra propriedade característica das substâncias.Temperatura de fusão e o estado físico de uma substânciaUma substância acondicionada a uma temperatura abaixo da sua temperatura de fusão se encontra no estado sólido. Essa mesma substância, a uma temperatura acima da sua temperatura de fusão, encontra-se no estado líquido ou gasoso, dependendo da temperatura em que a substância estiver ser maior ou não do que a sua temperatura de ebulição.Temperatura de solidificaçãoSerá que a temperatura de fusão de uma substância é igual à temperatura de solidificação?            R: Toda substância se fundi à mesma temperatura em que solidifica.Resumindo: para prever em qual estado físico uma substância é encontrada, precisamos comparar a temperatura do local onde a substância se situa com suas temperaturas de fusão e de ebulição.ü      Se a temperatura em que a substância estiver for menor do que sua temperatura de fusão, ela estará no estado sólido.ü      Se a temperatura em que a substância estiver for maior do que sua temperatura de ebulição, ela estará no estado gasoso.ü      Se a temperatura em que a substância estiver for maior do que a sua temperatura de fusão, porém menor do que a sua temperatura de ebulição, ela se encontrará no estado líquido.Obs:    a) a fusão e a ebulição são processos endotérmicos, isto é, necessita de receber energia do ambiente para ocorrer.            b) a liquefação e a solidificação são exotérmicos, ou seja, a energia é liberada no decorrer do processo.                        c) A pressão influi na temperatura de fusão e de ebulição de uma substância. Por essa razão, a tabela de temperatura de fusão e de ebulição das substâncias indica sempre a pressão em que a medida foi realizada, em geral em ambiente ao nível do mar a uma atmosfera (1 atm).                        d) um exemplo da influencia da pressão é a utilização da “panela de pressão” para cozinhar os alimentos mais rapidamente (pág. 21).ExercíciosEstados físicos e a matériaSão três os estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso. As substâncias podem ser encontradas nos três estados físicos dependendo da temperatura e da pressão a que estão submetidas.O ferro é sólido em qualquer região da superfície do planeta; porém, se aquecido acima de sua temperatura de fusão (1 535°C), se liquefaz. O gás butano, que é usado nos isqueiros, torna-se líquido se resfriado e pressionado. Assim que escapa da alta pressão de dentro do cilindro, ele se vaporiza, voltando ao estado gasoso.Alguns materiais parecem não ser sólidos nem líquidos, nem gasosos, porém a maior parte desses materiais são misturas de substâncias em mais de um estado.Por exemplo: leite é uma mistura de água com gorduras (não dissolvidas na água, estado líquido), lactose (dissolvida na água), proteínas (estado sólido), sais minerais (dissolvidos no líquido) e outras substâncias.Características gerais dos três estados físicosSólidoLíquidoGásFormaDefinidaVariávelVariávelVolumePraticamente invariávelPraticamente invariávelMuito variávelCompressibilidadeQuase nenhumaPoucaGrandeDilatação térmicaPequenaPequenaGrandeQuadro 1 - Resumo das características gerais dos estados físicos.O estado líquido e as partículasAo se observar um líquido este se apresenta por igual, com a mesma aparência. Essa continuidade também é notada quando se observa uma porção de água utilizando-se um microscópio de maior poder de resolução até hoje existente. Porém, você já deve ter lido ou ouvido falar que a água é formada por partículas chamadas de moléculas. Onde estão as moléculas?As moléculas não são vistas nem com o uso de microscópios de altíssimo poder de resolução. As moléculas fazem parte da Teoria Atômico-Molecular, (um conjunto de idéias que explicam as propriedades e transformações que ocorrem com a matéria, mesmo que as moléculas não possam ser vistas a olho nu).Obs: microscópios de maior poder de resolução conseguem imagens de partículas de 10-6 cm e uma molécula de água tem uma dimensão de 10-8 cm.Uma característica do estado líquido é não ter uma forma definida. Como isso pode ser explicado considerando-se a substância no estado líquido formada de partículas?Admite-se que as partículas no estado líquido estejam próximas umas das outras; porém, elas se movimentam, isto é, elas não estão fixas, e não há uma organização entre elas. Quanto maior a temperatura do líquido, maior é a movimentação das partículas. Assim, a energia tem o papel de aumentar a agitação das partículas, mantendo praticamente as mesmas distâncias umas das outras.O estado sólido e as partículasUma característica do estado sólido é ter uma forma definida. Como isso pode ser explicado considerando-se a substância no estado sólido formada de partículas?Admite-se que as partículas no estado sólido estejam próximas umas das outras; porém, diferentemente do líquido em que as partículas se movimentam, umas em relação às outras, elas estão "paradas", organizadas, formando um bloco mais "rígido" com uma forma definida. No estado sólido, o movimento é principalmente de vibração; há quase nenhum movimento de translação, e quanto maior a temperatura, maior é esse movimento de vibração.O estado gasoso e as partículasOs gases não têm forma nem volume definidos. Como o estado gasoso pode ser entendido com o modelo de partículas? Admite-se que as partículas no estado gasoso tenham muito movimento de translação e de rotação e estejam muito distantes umas das outras.Ver fig. 6 pág. 32Analisando e interpretando os gráficos das mudanças de estado físicoDurante o aquecimento da água no estado sólido, a energia provoca a mudança de temperatura, que vai aumentando até atingir a temperatura de fusão. Porém, durante a fusão, a temperatura permanece constante até que toda a água se funda. Durante o aquecimento no estado líquido, a temperatura se eleva gradativamente; mas, ao atingir a temperatura de ebulição, a temperatura se estabiliza: permanece a mesma durante toda a ebulição.                                                      Gráfico 3 – Variações de temperatura durante as mudanças de estado físico da água.Análise do gráfico da variação de temperatura de uma mistura durante as mudanças de estadoA principal diferença entre os gráficos de mudanças de estado de uma substância e de uma mistura está na variação ou não da temperatura durante as mudanças de estado. Enquanto a temperatura durante a mudança de estado de uma substância se estabiliza, a temperatura durante a mudança de estado de uma mistura varia.As substâncias: suas temperaturas de fusão, de ebulição e as partículasAs substâncias têm uma temperatura de fusão e de ebulição; já as misturas não têm uma única temperatura de fusão nem de ebulição. Como explicar esses fatos com o modelo de partículas?Para explicá-Ios, vamos admitir que as partículas de uma mesma substância sejam iguais; assim, elas se atraem com a mesma força e precisam, para a mudança de estado, atingir a mesma energia para se separarem na ebulição ou adquirirem movimento na fusão.Assim, pode-se explicar, por exemplo, por que uma substância tem maior temperatura de fusão do que a outra pensando em maior atração entre as partículas de uma substância que tenha maior ponto de fusão. A idéia de que a energia provoca mudanças de estado e, conseqüentemente, promove o movimento das partículas permite comparar a atração entre as partículas (inobservável) comparando as temperaturas de fusão (observável).Densidade de substânciasIntrodução: outra propriedade que permite identificar substâncias é a densidade. Para entender o que é densidade e como se utiliza esta propriedade para identificar substâncias, acompanhe os raciocínios a seguir.1. Existem panelas feitas de alumínio, de aço inox e de cobre. Como diferenciar essas panelas?2. É correto dizer que uma peça de alumínio é mais leve do que uma peça de ferro? Mesmo que elas sejam de tamanhos bem diferentes?3. Você seria capaz de erguer uma estátua de alumínio de uma pessoa? E uma estátua de ferro?Massa e volumeMassa e volume são grandezas fundamentais para o estudo da matéria. Afinal, matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço, ou seja, tem volume.Massa: podemos considerar como uma medida da quantidade de determinado material. A determinação da massa ocorre por comparação da amostra com um padrão de massa conhecida. A unidade de massa recomendada pelos cientistas internacionalmente é o quilograma (kg).1 quilograma (Kg)equivale a0,001 ton1 000 g1 000 000 mgVolume: é a medida do espaço ocupado por um corpo. As unidades de volume são derivadas das unidades de distância. A unidade de distância recomendada pelo SI é o metro. Geralmente, usamos as unidades litro (L) e mililitro (mL), que são correspondentes a dm3 e cm3, respectivamente.1 dm3 ou 1 Lequivale a0,001 m31 000 mLComparando dois cubos iguaisObserve a figura:            Os dois cubos são idênticos em relação ao volume, porém suas massas são diferentes. Por que isto acontece?Essa grandeza, que expressa qual é a massa de um corpo em certo volume desse corpo, é chamada de densidade, que indica qual é a massa que há em um certo volume do material. Em geral, a massa é expressa em gramas, e o volume, em centímetros cúbicos (g/cm3).Matematicamente:                      onde:    d é densidade, m é massa e V é volumePortanto, a densidade é uma razão entre a massa e o volume de um corpo. Por exemplo, a densidade do alumínio é 2,7 g/cm3. Diz-se 2,7 gramas por centímetro cúbico.Determinando a densidade de um sólido regularNuma balança, determina-se a massa do sólido. O volume pode ser medido pelo deslocamento de um líquido dentro de uma proveta. Usando-se a fórmula, calcula-se a densidade dividindo a massa obtida na pesagem pelo volume lido no deslocamento do líquido (fig.10; pág. 38).Obs: A densidade de um sólido depende da temperatura em que ele se encontra.SubstânciasDensidade (g/cm3)Alumínio2,7Ferro7,86Chumbo11,3Cobre8,9Ouro19,3Platina21,5Cloreto de sódio2,17Diamante3,51A tabela de densidades indica que a densidade do ouro é 19,3 g/cm3, isto é, cada cm3 de ouro tem uma massa de 19,3 g. Por isso, um objeto de ouro é muito pesado. A platina tem uma densidade maior do que o ouro: 21,5 g/cm3.Densidade de sólidos e as partículasAs diferenças de densidade de substâncias no estado sólido podem ser explicadas com o modelo de partículas da Teoria Atômico-Molecular quando se pensa de duas maneiras diferentes:a) Que as partículas de substâncias diferentes tenham massas diferentes.Imagine que as partículas de determinada substâncias sejam esféricas, do mesmo tamanho que as partículas de outra, organizadas da mesma maneira, porém mais pesadas.Fig.13Com volumes iguais, qual o cubo mais denso?R: A densidade da substância que tiver as partículas mais pesadas vai ser maior.b)     Que as partículas das duas substâncias tenham a mesma massa, sejam do mesmo tamanho, porém estejam organizadas de maneira diferente.Fig.14Com massas iguais, qual corpo é mais denso?R: A densidade da substância que tiver suas partículas mais compactadas, devido à organização estrutural interna, vai ser maior.Densidade dos líquidos e as partículasAdmite-se que as partículas de um líquido estejam em movimento, portanto as densidades não podem ser explicadas pela organização de uma estrutura. São mais plausíveis explicações que considerem as massas de cada partícula e seus tamanhos e as distâncias entre elas. Assim, considerando-se as substâncias mais densas teriam as partículas mais pesadas e/ou mais juntas.Por exemplo, se você comparar a massa de um litro de álcool etílico com a massa de um litro de água, verá que um litro de água pesa mais. A densidade da água a 25 °C é 1,0 g/cm3, isto é, cada centímetro cúbico de água tem massa de 1,0 g. O álcool etílico tem densidade igual a 0,79 g/cm3, portanto cada centímetro cúbico de álcool tem massa de 0,79 g.Como o volume de um líquido pode ser medido diretamente num recipiente com uma proveta, a determinação experimental da densidade de um líquido pode ser feita medindo-se o volume num instrumento de medida de volume de laboratório e a massa em uma balança. Para medir a massa de um líquido numa balança, é preciso sempre medir a massa do recipiente que acondiciona o líquido e subtrair a diferença. .Porém, há instrumentos que medem a densidade indiretamente, explorando uma propriedade dos líquidos: corpos menos densos que o líquido flutuam nele.Conclusão sobre as densidades das substâncias no estado líquidoAs substâncias no estado líquido têm uma densidade definida, portanto a densidade pode ser medida com facilidade usando-se densímetros (leia box à página 46). É outra propriedade que permite identificá-Ias.Observe e analise a tabela 10, que mostra algumas densidades de substâncias que são líquidas à temperatura de 25°C.SubstânciaDensidade(g/cm3)Água1,00Glicerina1,26Etanol (álcool etílico)0,79Éter etílico0,71Metanol0,79Benzeno0,88Acetona0,79Acetato de etila0,90Tetracloreto de carbono1,59Tabela 10 - Densidades de algumas substâncias no estado líquido, à temperatura de 25°C.A densidade de misturasA densidade de uma mistura varia conforme a sua composição. Por exemplo, misturas de água com álcool têm densidades que variam de acordo com a quantidade dos componentes.A tabela abaixo indica as densidades de misturas água/álcool para algumas misturas.% em volume de etanolna mistura água/etanolDensidades(g/cm3)01,0002,50,9965,00,9937,50,99010,00,98612,50,98415,00,98117,50,97820,00,97522,50,97225,00.97027,50,96730,00,96332,50,96035,00,95737,50,95340,00.94942,50,94545,00,94047,50,93750,00,93152,50,92655,00,92057,50,91660,00,91162,50,90565,00,89967,50,89370,00,88772,50,88175,00,87477,50,86680,00,86082,50,85485,00,84687,50,83890,00,83092,50,82295,00,81397,50,803100,00,791ExercíciosSolubilidadeAlgumas substâncias se dissolvem em outras com facilidade, por exemplo, água e álcool. Outras substâncias não se dissolvem com a mesma facilidade, como por exemplo, água e óleo vegetal. Por que isso ocorre? Por que algumas substâncias dissolvem e outras não?Quando se adiciona uma substância à outra, e ela se mistura completamente formando um material homogêneo, diz-se que uma substância se dissolveu na outra. A substância que é dissolvida é chamada de soluto, e a que dissolve o soluto é chamada de solvente.O soluto é dissolvido pelo solvente.                     O solvente dissolve o soluto.Quase sempre é fácil caracterizar o soluto e o solvente. Por exemplo, no caso de adicionar sal na água, o sal é soluto, e a água é o solvente. Porém, às vezes não fica tão fácil caracterizar qual substância dissolveu e qual substância foi dissolvida, como no caso de água e álcool em proporções iguais.            Seguindo este raciocínio, temos a solubilidade como propriedade da matéria e pode ser definido como a quantidade máxima de uma substância que é possível dissolver-se numa determinada quantidade de solvente, a certa temperatura. A solubilidade é expressa em gramas de soluto por 100 gramas de solvente. Ela depende de vários fatores:Ø      Do solvente usado: uma substância pode ser solúvel num determinado solvente e insolúvel em outro;Ø      Da quantidade de solvente utilizada;Ø      Da quantidade de substância utilizada;Ø      Da temperatura em que se faz a dissolução.Por exemplo: a solubilidade do sulfato de cobre (II) em água é 20,7 g/100 g de água a 20°C. Isso significa que, em 100 g de água é possível dissolver, no máximo; 20,7 g de sulfato de cobre (II) a 20°C. Veja a tabela:SubstânciaSolubilidade(g/100 g de água)Sulfato de cobre (II)20,7Nitrato de potássio31,6Enxofre0Silicato de magnésio (talco)0Bicarbonato de sódio9,6lodo0,029Álcool etílicoinfinitaCloreto de sódio36,0Tabela 12 - Solubilidade de algumas substâncias a 20°CSoluções saturadas: São aquelas em que não é possível dissolver mais nada de um soluto. Nelas já se atingiu a quantidade máxima de soluto possível de dissolver naquela quantidade de solvente.Soluções insaturadas: São aquelas em que ainda é possível dissolver mais de um determinado soluto.Como a solubilidade varia com a temperatura, é sempre necessário expressar qual é a temperatura em que a solubilidade foi determinada. A solubilidade de uma substância em geral aumenta com maiores temperaturas, porém isso não é uma regra geral. O gráfico 5 mostra a variação da solubilidade de algumas substâncias com a variação de temperatura.Gráfico 5 - Variação da solubilidade de algumas substâncias com a variação de temperatura.Síntese: as substâncias e as propriedades físicasQualquer material encontrado no planeta e fora dele é formado de substâncias. As substâncias podem ser identificadas através de suas propriedades. Muitas vezes, uma substância é encontrada misturada com outra(s) substância(s); nesse caso, se necessário, a substância desejada é separada das outras.Cada substância tem um único conjunto de propriedades que a caracteriza. Às vezes uma substância tem alguma propriedade organoléptica, tal como cheiro, cor, sabor, que lhe é muito característica. Isso ajuda muito na sua identificação. A amônia tem um cheiro tão próprio que dificilmente alguém se enganaria ao manuseá-Ia. Outras substâncias parecem não ter cor nem cheiro, nem sabor como, por exemplo, a insípida, inodora e aparente incolor água.As propriedades das substâncias são muitas: tenacidade, ductilidade, condutibilidade térmica, condutibilidade elétrica, índice de refração, dureza, viscosidade e outras. Contudo, na Química utilizam-se principalmente as quatro propriedades estudadas neste capítulo: temperatura de ebulição, temperatura de fusão, densidade e solubilidade, além, é claro, das propriedades organolépticas. O conjunto dessas propriedades caracteriza uma substância. A tabela 13 exibe as propriedades de algumas substâncias.SubstânciaTemperatura de fusão (°C)Temperatura de ebulição (°C)Solubilidade em água (g/100g de água)Densidade a 20°C (g/cm3)Cor no estado físico à temperatura ambienteÁgua0100--1,0aparentemente incolorÁlcool etílico-11778,5∞0,789incolorAcetona-95,3556,2∞0,790incolorÁcido sulfúrico10,36340∞1,84incolorMercúrio-38,87356,7insolúvel13,55prateadoNaftaleno80,52180,0031,025brancoSulfato de cobre (II)11015020,72,284azulFerro15352885insolúvel7,86prateadoAlumínio6602467insolúvel2,70prateadoBenzeno5,580,10,070,879incolorTolueno-95110,6insolúvel0,867incolorTrinitrotolueno (TNT)82explode a 2400,15 a quente1,65brancoChumbo327,51740insolúvel11,3cinza prateado escuroEstanho231,972270insolúvel7,3prateadoZinco420--insolúvel7,1prateadoCrômio1875--insolúvel7,2prateadoNíquel1453--insolúvel8,9prateadoCobalto1495--insolúvel8,9prateadoAnalisando a tabela 13, você pode constatar que existem algumas substâncias com temperaturas de fusão muito próximas, por exemplo, a acetona (-95,35°C) e o tolueno (-95°C), e outras, como, naftaleno (80,5°C) e o trinitrotolueno (82°C). Porém as outras propriedades são bem diferentes: a acetona e tolueno têm temperaturas de ebulição bem diferentes; tolueno (110,6 °C) e acetona (56°C), o que sugeriria distingui-Ios pela medida dos seus pontos de ebulição. Contudo um químico mais experiente sabe que isso não é nada recomendável, já que ambos os líquidos são altamente inflamáveis. Nesse caso, pode-se distingui-Ios pelas densidades que são relativamente próximas. Seria necessário um densímetro bem preciso. Mas a diferença entre as solubilidades indica que a melhor maneira para distingui-Ios é fazer uso dessa propriedade. Em dois tubos de ensaio com água, coloca-se uma gota de cada líquido; o que não dissolver é o tolueno.O exemplo mostra que a caracterização de uma substância e, muitas vezes, a necessária distinção de outras pode e deve ser feita com o uso de uma ou de outra propriedade, dependendo de vários fatores que precisam ser analisados caso a caso.