estados da matéria gases - na atmosfera - terra as · diferem entre si quanto aos seus arranjos...
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Estados da Matéria
Gases - na atmosfera
Líquidos (água) - nos oceanos, lagos, etc...
Sólidos - terra
As forças da natureza: gravidade,
coulômbica,
interações nucleares fortes e
interações nucleares fracas.
em um sólido as moléculas, individualmente, não trocam de lugar;
no líquido as moléculas se movem uma em relação às outras;
Como explicar a fase condensada?
Pegue um recipiente com gás e comprima-o até liquefazê-lo!
As forças responsáveis pela proximidade das moléculas na fase condensada da matéria
são denominadas de forças intermoleculares.
Forças Intermoleculares: são as forças que caracterizam a tendência de moléculas ou
íons estarem muito próximas.
São relativamente fracas comparadas com as forças de atração entre cargas opostas de
íons e em ligações covalentes (~ 100 a 400 kJ/mol), entretanto sem as mesmas a matéria
teria o comportamento de um gás ideal.
cal, é uma unidade de medida que define a quantidade de energia para elevar em 1ºC a temperatura de 1 grama (o
equivalente a 1 mililitro) de água. Por exemplo, para aquecer 250 mililitros de água (aproximadamente 1 copo) de 14,5ºC
para 15,5ºC, é necessário fornecer 250 calorias de energia.
Fase Condensada: matéria em estado líquido ou sólido
Os quatro tipos de forças intermoleculares:
Íon-Dipolo 40 - 600 kJ/mol
Dipolo-Dipolo 5- 25 kJ/mol
dipolo - dipolo induzido 2 - 10 kJ/mol
dipolo induzido - dipolo induzido 0.05 - 40 kJ/mol
nos exemplos a seguir:
Substância interação exemplo
intermolecular
sólido forte K-Cl
líquido média H-O ----- H-O
H H
gás fraca O=O ......... O=O
Determinação do Teor de Carbonato
de Cálcio em um Material
• Determinar o teor de CaCO3 em uma amostra de mármore
• Carbonatos são solúveis na água? Reagem com ácidos?
• Qual a estequiometria do processo?
• Como um dos produtos é um gás:
Lei de Dalton de pressões parciais
Lei dos gases
Pressão de vapor de um líquido
Qual é o tipo de interação intermolecular ?
Na natureza, o carbonato de cálcio (CaCO3) ocorre na forma de vastos depósitos
sedimentares resultantes da fossilização dos restos de vida
marinha pré-histórica. Nestes depósitos, o carbonato de cálcio ocorre
principalmente como calcita, a forma mais comum, e como aragonita, mais
frequente em mares temperados. Estas duas formas de carbonato de cálcio
diferem entre si quanto aos seus arranjos cristalinos (romboédrico e ortorrômbico,
respectivamente).
A calcita ocorre, mais frequentemente, como calcário, dolomita (um carbonato
misto de cálcio e magnésio [CaMg(CO3)2]) e mármore.
Toda rocha constituída de carbonato de cálcio e suscetível de ser polida é
denominada de mármore; diferentes impurezas conferem ao mármore diferentes
colorações, tornando-o mais, ou menos, valioso.
O carbonato de cálcio ocorre, ainda, como depósitos em cavernas:
são as estalactites, estalagmites, electites e incrustações
http://ricardoferes.com/project/petar-nucleo-caboclos/
Tanto o mármore, como o calcário, caracterizam-se por apresentar baixa dureza e
por reagirem, efervescendo, com ácidos. Por exemplo, fragmentos de calcita em
contato com ácido clorídrico diluído (HCl), a frio, reagem causando efervescência;
isto se deve ao desprendimento de gás carbônico (CO2).
CaCO3 (s) + 2HCl (aq) CaCl2 (aq) + CO2 (g) + H2O (l)
CaCO3(s) + 2 H+(aq) → Ca2+ (aq) + H2O(l) + CO2(g)
ou
CaCO3 (s) + 2 HCl (aq) CaCl2 (aq) + H2CO3 (aq)
H2CO3(aq) → H2O(l) + CO2(g)
estequiometria: a) escreva a equação envolvida;
b) acerte os coeficientes da equação;
c) relacione os coeficientes com mols;
Obs.: isto permitirá a partir da proporção em mols, estabelecer uma regra de
três para cálculos em função de massa, volume, n.o de moléculas.
- CaCO3 (s) é pouco solúvel : qual é a reação de equilíbrio?
- HCl (aq) é ácido forte : qual a reação de ionização?
- CaCl2 (aq) é sal solúvel : qual a reação de ionização?
- H2O (l) : qual é a reação de auto-ionização?
Como o CO2(g) pode ser coletado?
- Neste tipo de sistema para a coleta do gás carbônico como pode ser explicado
o equilíbrio físico?
- E quanto ao vapor de H2O: o equilíbrio H2O (l) ⇄ H2O (v) é verdadeiro no
seu sistema a uma temperatura constante?
- Como pode ser obtida a quantidade de CaCO3 a partir do montante coletado
de CO2 ?
Pressão de Vapor
Considere duas fases : líquida e vapor para a água pura.
Em um recipiente fechado as duas fases, líquida e vapor, atingem o equilíbrio
dinâmico uma com a outra a uma determinada temperatura ambiente. Neste
caso, a taxa com que as moléculas deixam o líquido é igual à taxa na qual
elas retornam ao líquido.
Qual deve ser a quantidade de líquido presente no recipiente?
O vapor exercerá uma pressão dependente da quantidade de líquido
presente no recipiente?
A palavra dinâmico implica atividade contínua e o equilíbrio dinâmico entre a
água líquida e seu vapor é simbolizado por:
H2O (l) = H2O (g) ou H2O (g) H2O (l) .
Definimos a Pressão de Vapor de um líquido (ou um sólido)
como a pressão exercida por seu vapor quando o vapor e o líquido (ou o sólido)
estão em equilíbrio dinâmico entre si.
Volatilidade :
alta quando há apenas forças intermoleculares fracas no líquido, e
baixa quando as forças intermoleculares são fortes.
No gráfico vemos a variação da pressão de vapor de líquidos com a temperatura e o ponto de
ebulição normal a 1 atm ( Pvap = Patm)
Diagramas de Fases
- é um gráfico que mostra qual fase é a mais estável a diferentes
pressões e temperaturas
As linhas que separam as regiões coexistem em equilíbrio dinâmico entre si. Para um
equilíbrio dinâmico sólido-vapor a linha mostra como a pressão de vapor do sólido
varia com a temperatura.
Diagrama de Fases da água
Qualquer ponto na região marcada sólido corresponde às condições para as
quais a fase sólida da substância é a mais estável (o mesmo é válido para as
regiões de líquido e vapor).
O ponto triplo é um ponto onde três fases divisórias se encontram.
A linha divisória líquido-vapor termina no ponto crítico, onde a densidade do
vapor torna-se igual a do líquido; nessa temperatura e acima dela, uma única
fase uniforme ocupa o recipiente (gás).
• A distinção entre gás e vapor, às vezes, é feita com base nas suas
temperaturas críticas: vapor pode ser liquefeito apenas através de pressão; um
gás não pode ser liquefeito apenas através de pressão.
Fluido supercrítico: substância acima de sua temperatura crítica. Pode ser tão
denso que, embora seja um gás, pode agir como um solvente para líquidos e
sólidos. Ex.; gás carbônico supercrítico, dissolve compostos orgânicos,
removendo cafeína de grãos de café, e extrai perfumes de flores sem contaminar
os extratos com solventes prejudiciais.
Fases, Componentes e Graus de
Liberdade • Fase (P): Estado uniforme da matéria
(composição química e estado físico);
• Temos diferentes fases físicas: Sólido,
liquído e gasoso! E diferentes fases
químicas. Ex.: Fósforo branco e fósforo
vermelho.
• Solução de cloreto de sódio em água: P = 1;
• Liga de dois metais imiscíveis: P = 2;
• Liga de dois metais miscíveis: P = 1;
• Mistura de gelo moído e água: P = 2;
• Componente (C): Número de
constituintes quimicamente
independentes do sistema:
- Água pura: C = 1;
- Mistura água e etanol: C = 2;
- Decomposição do carbonato de cálcio: C = 3.
Regra das Fases
• Dedução de Gibbs: F = C – P + 2
• Variância de um sistema (F): número de
variáveis intensivas (P, T, Conc) que podem
ser independentemente alteradas sem
perturbar o equilíbrio. Em um sistema
monofásico com um componente, tem-se
C = 1 e P = 1, portanto: F = 2.
- o sistema é dito, bivariante ou possuir dois
graus de liberdade.
Diagrama P-T de substâncias puras
1- No ponto triplo coexistem três fases em equilíbrio (p=3), e já que existe apenas
um componente (substância pura), o grau de liberdade é dado por:
F=c-p+2
Como F=0, isso indica que nenhuma variável pode (Temperatura-Pressão) ser
mudada mantendo-se a existência das três fases, e assim, o ponto triplo é
chamado de um ponto invariante.
2- considerando um ponto ao logo da curva de vaporização, em qualquer ponto
dessa linha coexistem duas fases em equilíbrio (p=2):
Esse resultado indica que, para manter a existência das duas fases em equilíbrio,
apenas uma das variáveis (temperatura-Pressão) pode ser mudada, ficando a outra
determinada. Assim, se uma pressão em particular é especificada, existe apenas
uma temperatura em que líquido e sólido estão em equilíbrio.
3- Considerando um ponto dentro de uma fase (F=1). Este resultado indica que a
temperatura ou pressão podem ser mudadas, independentemente, sem
comprometer a existência da fase citada
Reagente Limitante, Rendimento Teórico e Real
C6H6 (l) +HNO3 → C6H5NO2 (l) +H2O(l)
Teórico: 1 mol : 1 mol
Lab: 1 mol : 2 mols (em excesso)
reagente limitante
Rendimento Teórico: é a quantidade de produto que será
obtido quando o reagente limitante é
completamente consumido para formá-lo
Rendimento porcentual = (rendimento real / rendimento teórico) x 100
Para a reação: 2 Al(s) + 3Cl2(g) → 2AlCl3(s)
Deixou-se reagir uma mistura de 1,50 mols de alumínio e 3,00 mols de gás cloro.
a) Qual o reagente limitante?
b) Qual a quantidade de matéria de cloreto de alumínio formada?
c) Quanto sobra de gás cloro?
a ) 2 mols de Al reagem com 3 mols de cloro
1,50 mols de Al devem reagir com (0,75 x 3 = 2,25) mols de cloro
Portanto, o cloro está em excesso e o reagente limitante é o Al.
b) 2 mols de Al formam 2 mols de AlCl3
Portanto, 1,50 mols de Al devem formar 1,50 mols de AlCl3.
c) Devem sobrar 3,00 – 2,25 = 0,75 mols de Cl2.