quimica volume unico joao usberco e edgard salvador
TRANSCRIPT
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Joo UsbercoLicenciado em Cincias Farmacuticas pela USP
Professor de Qumica do Anglo Vestibulares (So Paulo, SP)
Edgard SalvadorLicenciado em Qumica pela USP
Professor de Qumica do Anglo Vestibulares (So Paulo, SP)
5 edio reformulada 2002
1 tiragem 2002
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ISBN 85-02-04027-8
ISBN 85-02-04028-6 (Livro do Professor)
Superviso editorial: Jos Lino FruetEditora: Ebe Christina Spadaccini
Assistente editorial: Srgio Paulo N. T. BragaReviso: Fernanda Almeida Umile (superviso)
Ivana A. Costa, Aurea M. dos Santos,Dbora de Andrade Silva
Resoluo dos exerccios: Snia Vaz VasquesGerncia de arte e capa: Nair de Medeiros Barbosa
Produo grfica: Christof Gunkel, Mariano Maudet Bergel, Enrique Pablo Grande
Ilustraes: Caio Ferrari, Eduardo Borges,Christof Gunkel, Selma Caparrz
O material de publicidade e propaganda reproduzido nesta obra est sendo utilizado apenas para fins didticos, no representando qualquer tipo de recomendao
de produtos ou empresas por parte do(s) autor(es) e da editora.
Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP) (Cmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Usberco, JooQumica volume nico / Joo Usberco, Edgard Salvador. 5. ed.
reform. So Paulo : Saraiva, 2002.
Suplementado por manual do professor.ISBN 85-02-04027-8 (livro do aluno)ISBN 85-02-04028-6 (livro do professor)1. Qumica (Ensino mdio) 2. Qumica Problemas, exerccios
etc. (Ensino mdio) I. Salvador, Edgard. II. Ttulo.02-2938 CDD-540.7
ndice para catlogo sistemtico:1. Qumica : Ensino mdio 540.7
Av. Marqus de So Vicente,1697 CEP 01139-904 Barra Funda So Paulo-SP Tel.: PABX (0**11) 3613-3000 Fax: (0**11) 3611-3308 Televendas: (0**11) 3613-3344 Fax Vendas: (0**11) 3611-3268 Atendimento ao Professor: (0**11) 3613-3030Endereo Internet: www.editorasaraiva.com.br E-mail: [email protected]
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Ao estudante
O ser humano tem buscado, h sculos, compreender os fenmenos que regem a vida, valen-do-se da observao simples e direta, da simulao e representao desses fenmenos, da inter-pretao lgica e criativa dos resultados de experimentaes. O conhecimento cientfico danatureza e de suas leis tem sido um dos pilares do desenvolvimento humano.
A Qumica, assim como outras Cincias, tem papel de destaque no desenvolvimento dassociedades, alcanado ao longo de tantos anos. No entanto, ela no se limita s pesquisas de labo-ratrio e produo industrial. Ao contrrio, embora s vezes voc no perceba, a Qumica estpresente em nosso dia-a-dia e parte importante dele. A aplicao dos conhecimentos qumicostem reflexos diretos sobre a qualidade de vida das populaes e sobre o equilbrio dos ambientesna Terra. Por isso, consideramos essencial que o conhecimento cientfico faa parte da vida coti-diana das pessoas, a fim de que elas possam, criticamente, contribuir para a preservao e a con-servao de todas as formas de vida, inclusive da espcie humana.
A obra Qumica volume nico, agora reformulada, foi elaborada para ajudar voc a com-preender como freqente, intensa e contnua a aplicao do conhecimento qumico na sociedadeatual e como esse conhecimento foi construdo e tem sido constantemente reformulado ao longoda histria da humanidade.
Para alcanar esse objetivo, contamos com a colaborao, por meio de sugestes e comen-trios, de vrios professores que analisaram a obra e sua funcionalidade em sala de aula. Em todaa obra, procuramos utilizar uma linguagem clara e direta, mas cientificamente rigorosa, demons-trando a relao dos contedos tericos da Qumica com a vivncia prtica e cotidiana.Introduzimos duas novas sees de atividades diversificadas Exerccios de contexto eExerccios globalizantes para incentivar voc a aprimorar sua capacidade de inter-relacionarcontedos, analisando-os criticamente, a partir do tema especfico de cada captulo ou, de formamais ampla, das Unidades. Outras sees de atividades Exerccios resolvidos, Exerccios declasse e Exerccios propostos foram revistas e ampliadas, o que lhe possibilitar melhor com-preenso, assimilao e fixao dos contedos estudados. Diversas Leituras, intercaladas ao texto,relacionam o contedo apresentado com o cotidiano e com outras matrias, contribuindo, assim,para a ampliao do conhecimento. Os experimentos da seo Faa voc mesmo permanecemcom o mesmo enfoque: voc mesmo pode realiz-los, utilizando substncias de uso comum e apare-lhagens muito simples, e, a partir deles, desenvolver sua capacidade de observao, investigao,representao e comunicao.
Com esta obra, queremos ajud-lo a assumir uma postura cada vez mais crtica quanto uti-lizao dos conhecimentos cientficos e tecnolgicos. Por isso, procuramos apresentar os princ-pios tericos de modo que possam ser um esboo capaz de dar suporte para o entendimento daQumica, associando-os a exemplos significativos para sua vida. Esperamos que, assim, voc possatomar decises e assumir atitudes que contribuam para melhorar nossa sade, nossa qualidadede vida, o planeta em que vivemos e a ns mesmos como seres humanos.
Os autores
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UNIDADE 1 Introduo ao estudo daQumica, 12
Qumica, 12Qumica: uma cincia experimental, 15
O processo da descoberta, 15O mtodo cientfico, 16O local de trabalho do qumico, 17
Exerccios de classe, 19
Exerccios propostos, 19
Conceitos fundamentais, 20Matria, 20Energia, 20Unidades de medida, 21
Exerccios resolvidos, 24
Exerccios de classe, 25
Exerccios propostos, 25
Exerccios de contexto, 26
Faa voc mesmo: Determinao do volume de um slido, 27
UNIDADE 2 A matria, 28
Constituio da matria, 28Teoria atmica de Dalton, 28
Classificao da matria, 30Substncias, 30Misturas, 30Sistemas, 32
Exerccios de classe, 34
Exerccios propostos, 35
Exerccios de contexto, 36
Estados fsicos da matria, 37Mudanas de estado fsico, 37Diagramas de mudana de estado fsico, 38
Exerccio resolvido, 39
Exerccios de classe, 40
Exerccios propostos, 41
Exerccios de contexto, 42
Processos de separao de misturas, 43Anlise imediata, 43
Leitura: Obteno dos principais componentes do ar, 46
Anlise cromatogrfica ou cromatografia, 46Exerccio resolvido, 47
Exerccios de classe, 47
Exerccios propostos, 48
Faa voc mesmo: Separao do sal da areia, 49
Para obter gua de uma soluo, 49
Transformaes da matria, 50Fenmenos fsicos e qumicos, 50Equaes qumicas, 51
Exerccios de classe, 51
Exerccios propostos, 52
Exerccios globalizantes, 52
UNIDADE 3 A estrutura do tomo, 54
A descoberta do tomo, 54A descoberta das partculas subatmicas, 54
Principais caractersticas do tomo, 57Nmero atmico (Z), 57Nmero de massa (A), 57Elemento qumico, 58 ons, 58Semelhanas atmicas, 59
Exerccios de classe, 61
Exerccios propostos, 62
Os novos modelos atmicos, 64O modelo atmico de Bhr, 64Os subnveis, 65Distribuio eletrnica por subnvel, 66
Exerccio resolvido, 67
Exerccios de classe, 68
Exerccios propostos, 69
Faa voc mesmo: Teste da chama, 70
Complemento: Modelo quntico, 71Exerccios, 73
UNIDADE 4 Tabela peridica, 75
Introduo: Bases da organizao dos elementos, 75 Organizao da tabela peridica, 77
Famlias ou grupos, 77
SUMRIO
PARTE 1QUMICA GERAL
AG
B P
hoto
Lib
rary
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Perodos, 80Localizao na tabela peridica, 80Classificao dos elementos, 81 Ocorrncia dos elementos, 82
Exerccio resolvido, 82
Exerccios de classe, 82
Exerccios propostos, 83
Propriedades peridicas e aperidicas, 84Propriedades peridicas, 84Propriedades aperidicas, 88
Exerccio resolvido, 88
Exerccios de classe, 89
Exerccios propostos, 90
Exerccios globalizantes, 92
UNIDADE 5 Ligaes qumicas, 94
Introduo, 94 Ligao inica ou eletrovalente, 95
Determinao das frmulas dos compostos ini-cos, 97
Leitura: Dieta com baixo teor de sdio, 97
Exerccio resolvido, 98
Exerccios de classe, 98
Exerccios propostos, 98
Exerccios de contexto, 99
Ligao covalente, 101Caractersticas, 101A ligao covalente e a tabela peridica, 102Frmulas qumicas, 102
Ligao covalente dativa ou coordenada, 104Caractersticas, 104
Exerccio resolvido, 105
Exerccios de classe, 105
A ligao covalente e as propriedades de seuscompostos, 106Alotropia, 106
Leitura: A camada de oznio, 107
Exerccios de classe, 109
Exerccios propostos, 110
Faa voc mesmo: Diferenciao, pelo aquecimento, entre um
composto inico e um molecular, 111
Geometria molecular, 111Exerccio resolvido, 113
Exerccios de classe, 113
Exerccios propostos, 114
Faa voc mesmo: Repulso de pares eletrnicos, 114
Polaridade, 115Polaridade das ligaes, 115Polaridade de molculas, 116
Exerccio resolvido, 118
Exerccios de classe, 118
Exerccios propostos, 119
As foras intermoleculares e os estados fsicos, 120
Tipos de foras intermoleculares, 120Leitura: Tenso superficial, 122
Foras intermoleculares e temperaturas de fuso eebulio, 122Polaridades, foras intermoleculares e solubilidade, 123
Leitura: Por que o gelo flutua?, 124
Exerccio resolvido, 125
Exerccios de classe, 125
Exerccios propostos, 126
Faa voc mesmo: O cinema e as foras intermoleculares, 128
Ligao metlica, 129Formao de ligas metlicas, 129
Leitura: O ouro, 130
Exerccios de classe, 131
Exerccios propostos, 132
Sinopse das ligaes qumicas, 133Exerccios globalizantes, 134
UNIDADE 6 Funes inorgnicas, 136
Dissociao e ionizao, 136Conceito de cido, base e sal pela teoria deArrhenius, 138
Exerccios de classe, 139
Exerccios propostos, 139
cidos, 140Nomenclatura dos cidos, 140Classificao dos cidos, 142
Exerccios de classe, 144
Algumas propriedades dos cidos, 144Principais cidos e suas aplicaes, 146
Exerccios de classe, 149
Exerccios propostos, 150
Bases ou hidrxidos, 152Nomenclatura das bases, 153Classificao das bases, 153Algumas propriedades das bases, 154
Exerccios de classe, 155
Principais bases e suas aplicaes, 156Exerccios de classe, 158
Exerccios propostos, 158
Faa voc mesmo: Sangue de diabo, 160
Sais, 160Nomenclatura dos sais, 161Classificao dos sais, 162
Exerccio resolvido, 163
Exerccios de classe, 163
Aplicaes de alguns sais, 164Exerccios de classe, 168
Obteno de sais, 169Exerccios de classe, 171
Exerccios propostos, 172
Exerccios de contexto, 174
5SUMRIO
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Faa voc mesmo: Estalactites e estalagmites, 176
xidos, 176Nomenclatura dos xidos, 177Classificao dos xidos, 177
Exerccios de classe, 180
Propriedades e aplicaes de alguns xidos, 181Os xidos e o ambiente, 182
Exerccios de classe, 186
Exerccios propostos, 188
Faa voc mesmo: Chuva cida, 190
Reaes qumicas, 191Exerccios de classe, 193
Exerccios propostos, 193
Classificao das reaes, 194Exerccios de classe, 195
Condies para a ocorrncia de reaes qumicas, 195
Exerccios de classe, 200
Exerccios propostos, 202
Faa voc mesmo: Prata preta, 204
Exerccios globalizantes, 205
UNIDADE 7 Relaes de massa, 207
Massas dos tomos, 207Unidade de massa atmica (u), 207Constante de Avogadro ou nmero de Avogadro, 208Mol: a unidade de quantidade de substncias, 209Massa molar (M), 210Determinao da quantidade de substncia =nmero de mol, 211
Exerccio resolvido, 211
Exerccios de classe, 212
Exerccios propostos, 214
UNIDADE 8 Estudo dos gases, 217
Introduo, 217Caractersticas gerais dos gases, 217Leitura: Medindo a presso, 218
Leitura: Temperatura corporal, 219
Transformaes gasosas, 220Exerccios resolvidos, 222
Exerccios de classe, 223
Volume molar, 224Lei de Avogadro, 225Equao de estado dos gases perfeitos, 225Exerccios resolvidos, 226
Exerccios de classe, 226
Exerccios propostos, 227
Misturas de gases, 230Presso parcial (Lei de Dalton), 230Volume parcial (Lei de Amagat), 231
Exerccios resolvidos, 232
Exerccios de classe, 232
Exerccios propostos, 233
Complemento: Densidade dos gases/Difuso e efusode gases, 234Leitura: Dirigveis, 235
Exerccios, 237
UNIDADE 9 Estequiometria, 239
Introduo, 239Tipos de frmulas, 239
Frmula percentual, 239Frmula mnima ou emprica, 240Frmula molecular, 241
Exerccio resolvido, 243
Exerccios de classe, 243
Estequiometria das reaes qumicas, 244Leis ponderais, 244
Exerccios de classe, 247
Relacionando quantidades, 247Exerccios de classe, 249
Os coeficientes e a quantidade de substncia(mol), 249
Exerccios de classe, 251
Exerccios propostos, 253
Reaes no laboratrio e na indstria, 258Reagente em excesso e reagente limitante, 258
Exerccios de classe, 260
Reaes qumicas com substncias impuras, 261Exerccios de classe, 262
Rendimento de uma reao qumica, 263Exerccios de classe, 264
Exerccios propostos, 264
Exerccios globalizantes, 267
SUMRIO6
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UNIDADE 10 Solues. 270
Introduo, 270 Solubilidade e curvas de solubilidade, 271Exerccio resolvido, 273
Exerccios de classe, 274
Exerccios propostos, 275
Aspectos quantitativos das solues, 277Concentraes das solues, 277Relaes entre C, , d e !, 280
Exerccio resolvido, 281
Exerccios de classe, 281
Exerccios propostos, 283
Diluio de solues, 286Mistura de solues, 287
Exerccios resolvidos, 290
Exerccios de classe, 291
Exerccios propostos, 292
Complemento: Colides, 294Exerccios, 297
Faa voc mesmo: Preparando colides, 297
UNIDADE 11 Propriedades coligativas, 299
Presso mxima de vapor, 299 Presso mxima de vapor e a temperatura de ebu-lio,300
Diagrama de fases, 301Exerccio resolvido, 302
Exerccios de classe, 302
Tonoscopia, ebulioscopia, crioscopia e osmose, 304Tonoscopia ou tonometria, 304
Exerccio resolvido, 305
Exerccios de classe, 306
Ebulioscopia e crioscopia, 307Exerccio resolvido, 307
Exerccios de classe, 308
Osmose e presso osmtica, 309Exerccio resolvido, 310
Exerccios de classe, 310
Exerccios propostos, 311
Complemento: Aspectos quantitativos, 315Exerccios, 316
Faa voc mesmo: Estudando a temperatura de ebulio, 317
UNIDADE 12 Termoqumica, 318
Introduo, 318Poder calrico dos alimentos, 318Exerccio resolvido, 319
Exerccios de classe, 320
Exerccios de contexto, 321
Processos exotrmicos e endotrmicos, 322Entalpia, 323
H em reaes exotrmicas, 323H em reaes endotrmicas, 323H nas mudanas de estado fsico, 324
Exerccios de classe, 325
Equaes termoqumicas, 326Entalpia padro, 326Equao termoqumica, 326
Exerccios de classe, 327
Calor ou entalpia das reaes qumicas, 328Exerccio resolvido, 331
Exerccios de classe, 332
Exerccio resolvido, 334
Exerccios de classe, 335
Lei de Hess, 335Exerccio resolvido, 337
Exerccios de classe, 338
Exerccios propostos, 339
Faa voc mesmo: Medindo variaes de energia, 343
UNIDADE 13 xido-reduo, 344
Introduo, 344Nmero de oxidao (Nox), 345
Regras para a determinao do Nox, 345 Variao do Nox nas reaes de xido-reduo, 347
Exerccios de classe, 348
Balanceamento das equaes das reaes de xido-reduo, 349Leitura: Metais, 350
Exerccio resolvido, 352
Exerccios de classe, 353
Exerccios propostos, 353
Exerccios de contexto, 355
7
PARTE 2FSICO-QUMICA
Sto
ck P
hoto
s
SUMRIO
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UNIDADE 14 Eletroqumica, 356
Pilhas, 356Exerccios de classe, 358
Potencial das pilhas, 358Exerccio resolvido, 363
Exerccios de classe, 363
Leitura: Uso e descarte de pilhas comerciais e bateriais, 364
Corroso e proteo de metais, 367Corroso do ferro, 367Proteo com eletrodo ou com metal de sacrifcio, 367Revestimento do ferro, 368
Exerccios de classe, 368
Exerccios propostos, 369
Faa voc mesmo: Uma pilha incomum, 372
Eletrlise, 373Eletrlise gnea, 373Eletrlise em meio aquoso, 374
Exerccio resolvido, 376
Exerccios de classe, 376
Aspectos quantitativos da eletrlise, 377Exerccios de classe, 378
Exerccios propostos, 379
Faa voc mesmo: Cobreao, 381
UNIDADE 15 Cintica qumica, 382
Introduo, 382 Velocidade mdia de uma reao, 383Exerccios de classe, 384
Condies para ocorrncia de reaes, 385Teoria da coliso, 385Fatores que influenciam a velocidade de umareao, 387Lei da velocidade, 389
Exerccio resolvido, 390
Exerccios de classe, 391
Exerccios propostos, 393
Faa voc mesmo: Imaginando explicaes (hipteses), 396
UNIDADE 16 Equilbrios qumicos, 397
Introduo, 397 Constante de equilbrio em termos de concentrao, 398
Interpretao do valor de KC e extenso da reao, 400Quociente de equilbrio (QC), 401
Constante de equilbrio em termos de presso, 401Exerccio resolvido, 402
Exerccios de classe, 403
Exerccios propostos, 404
Deslocamento de equilbrio, 405Princpio de Le Chatelier, 405
Exerccio resolvido, 410
Exerccios de classe, 410
Exerccios propostos, 412
UNIDADE 17 Equilbrio em meio aquoso, 414
Constante de ionizao, 414 Lei da Diluio de Ostwald, 416
Exerccio resolvido, 417
Exerccios de classe, 417
Exerccios propostos, 418
Produto inico da gua e pH, 418Equilbrio inico da gua, 418Produto inico da gua (KW), 419Escala de pH, 419Indicadores e pH, 421Determinao da [H+] e da [OH] nas solues, 422
Exerccio resolvido, 423
Exerccios de classe, 423
Exerccios propostos, 425
Hidrlise salina, 427Acidez e basicidade das solues aquosas dos sais, 427
Exerccios de classe, 429
Exerccios propostos, 429
Exerccios de contexto, 429
Constante de produto de solubilidade (Ks), 431Produto de solubilidade, 432Efeito do on comum e solubilidade, 433
Exerccios resolvidos, 433
Exerccios de classe, 434
Exerccios propostos, 434
Exerccios globalizantes, 435
UNIDADE 18 Radioatividade, 437
A descoberta dos raios X, 437 Radiaes do urnio,437Leis da radioatividade, 438
1 lei: a emisso de partculas , 4382 lei: a emisso de partculas , 438
Transmutaes, 439Exerccio resolvido, 439
Exerccios de classe, 440
Leitura: Pequena loja do rdio, 441
Cintica das desintegraes radioativas, 441Leitura: Efeitos da precipitao radioativa e a meia-vida, 442
Exerccio resolvido, 443
Exerccios de classe, 444
Exerccios propostos, 444
Complemento: Fenmenos radioativos e suas utilizaes, 447
Exerccios, 451
SUMRIO8
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Introduo qumica orgnica, 454Os primrdios da Qumica Orgnica, 454Qumica Orgnica hoje, 454
UNIDADE 19 Compostos orgnicos, 456Composio, 456 Caractersticas gerais, 456
Temperatura de fuso e temperatura de ebulio, 457Solubilidade, 457Combustibilidade, 457
Capacidade de formar cadeias, 458Classificao do carbono, 458
Exerccios de classe, 459Classificao das cadeias carbnicas, 460
Disposio dos tomos de carbono, 460Tipo de ligao entre os tomos de carbono, 462Natureza dos tomos que compem a cadeia, 462
Exerccio resolvido, 463Exerccios de classe, 463Exerccios propostos, 464Complemento: Modelo dos orbitais e a ligao
covalente, 466Exerccios, 471
Introduo s funes orgnicas, 473Nomenclatura IUPAC, 473
UNIDADE 20 Hidrocarbonetos: caractersticas e nomenclatura, 475
Caractersticas e nomenclatura de hidrocarbonetosalifticos, 475
Alcanos ou parafinas, 475Alquenos, alcenos ou olefinas, 476Alquinos ou alcinos, 478Alcadienos ou dienos, 479
Exerccios de classe, 479Caractersticas e nomenclatura de hidrocarbonetoscclicos, 480
Cicloalcanos, ciclanos ou cicloparafinas, 480Cicloalquenos, cicloalcenos ou ciclenos, 481Aromticos, 481
Exerccios de classe, 482Exerccios propostos, 483Exerccios de contexto, 485Radicais, 486
Ciso de ligaes, 486
Radicais ou grupos orgnicos, 487Exerccio resolvido, 488Exerccios de classe, 489Nomenclatura de hidrocarbonetos ramificados, 489
Alcanos, 489Alquenos, alquinos e dienos, 490Cicloalcanos e aromticos, 491
Exerccio resolvido, 493Exerccios de classe, 494Exerccios propostos, 495Hidrocarbonetos: fontes e principal uso, 497
Petrleo, 497Exerccios de classe, 499
Combusto, 500Exerccios de classe, 501Exerccios propostos, 502
UNIDADE 21 Funes orgnicas contendo oxignio, 505
lcoois, 505 Nomenclatura oficial dos lcoois, 506Nomenclatura usual para monolcoois, 507Principais lcoois, 507
Leitura: Bebidas alcolicas, 509Exerccios de classe, 510Fenis, 510
Principal fenol, 511Exerccios de classe, 512Aldedos, 512
Um aldedo importante, 513Exerccios de classe, 513Cetonas, 514
Principal cetona, 515Exerccios de classe, 515cidos carboxlicos, 516
Principais cidos carboxlicos, 516Derivados diretos de cidos carboxlicos, 517
Exerccios de classe, 518steres orgnicos, 519Exerccios de classe, 519teres, 520
O principal ter, 521Exerccios de classe, 521Exerccios propostos, 522Exerccios de contexto, 525
9
PARTE 3 QUMICA ORGNICA
Sup
er S
tock
SUMRIO
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UNIDADE 22 Funes orgnicas contendo nitrognio e haletos, 527
Aminas, 527 Leitura: Aminas: Medicina e sociedade, 528Exerccios de classe, 530Amidas, 530
A principal amida: uria, 530Exerccios de classe, 531Haletos, 532
Haletos orgnicos, 532Haletos de cido ou haletos de acila , 532Alguns haletos, 533
Exerccios de classe, 534Exerccios propostos, 535Complemento: Outras funes orgnicas, 537Exerccios, 539
UNIDADE 23 Sinopse das principaisfunes e algumas propriedades fsicas, 541
Reconhecimento de funes, 541Exerccios de classe, 542Algumas propriedades fsicas dos compostos orgnicos, 543
Temperatura de ebulio, 543Solubilidade, 544
Exerccio resolvido, 545Exerccios de classe, 546Exerccios propostos, 547Faa voc mesmo: Polaridade e ligaes intermoleculares, 550
UNIDADE 24 Isomeria, 551O que isomeria?, 551Isomeria plana, 552Exerccios de classe, 554Isomeria espacial, 555
Isomeria geomtrica, 555Exerccios de classe, 557
Isomeria ptica, 558Leitura: Isomeria ptica Prmio Nobel, 563Exerccios de classe, 564Exerccios de contexto, 565Exerccios propostos, 567
UNIDADE 25 Reaes de hidrocarbonetos, 571
Tipos de reaes orgnicas, 571Reaes de substituio, 572
Halogenao, 572Nitrao, 574Sulfonao, 574Reaes caractersticas de aromticos, 575
Exerccios de classe, 577Reaes de adio, 578
Hidrogenao cataltica, 578
Halogenao, 579Adio de HX, 579Reaes de hidratao de alquenos e alquinos, 580Adio em aromticos, 580
Exerccios de classe, 581Reaes de oxidao de alquenos, 581
Oxidao branda, 581Ozonlise, 582Oxidao enrgica, 583
Exerccio resolvido, 583Exerccios de classe, 584Exerccios propostos, 585Exerccios globalizantes, 589
UNIDADE 26 Reaes orgnicas de outras funes, 591
lcoois, 591 Reaes com lcoois, 591Alguns mtodos de obteno de lcoois, 594Exerccios de classe, 595Exerccios de contexto, 597Aldedos e cetonas, 598
Reaes de aldedos e cetonas, 598Mtodos de obteno de aldedos e cetonas, 599
Exerccios de classe, 600cidos carboxlicos, 600
Propriedades qumicas dos cidos carboxlicos, 601Reaes dos cidos carboxlicos, 603Mtodos de obteno de cidos carboxlicos, 603
Exerccios de classe, 603steres, 605
Classificao dos steres, 605Reaes dos steres, 607
Exerccios de classe, 610Aminas, 611
Propriedades qumicas de aminas e aminocidos, 611Mtodos de obteno de aminas, 612
Exerccios de classe, 612Exerccios propostos, 613
UNIDADE 27 Polmeros, 619Polmeros sintticos, 619
Polmeros de adio, 619Polmeros de condensao, 621
Exerccios de classe, 623Polmeros naturais, 624
Borracha, 625Polissacardeos, 625Protenas ou polipeptdeos, 626
Exerccios de classe, 627Exerccios propostos, 628Exerccios globalizantes, 631
Respostas, 633Siglas dos vestibulares, 667
SUMRIO10
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AG
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QUMICAA produo de diversos materiais que utilizamos em nosso dia-a-dia, como, por
exemplo, a borracha, o nilon e o metal, resultado de conhecimentos de Qumica e desua aplicao industrial. Observe o exemplo a seguir:
Tnis: composto de bor-racha, nilon e metal.
natural
Borracha
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Tecido
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sinttico
O tnis um bom exemplo de produto final formado por um conjunto de materiais encontra-dos na natureza ou sintetizados pelo ser humano.
Seringueira. Algodoeiro.
Torre de petrleo. Nilon. Extrao de minrio de ferro.
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Assim, podemos perceber que a Qumica estuda a matria, as substncias que aconstituem e as suas transformaes.
Hoje, seria impossvel viver sem os conhecimentos e a aplicao da Qumica.
Se, de um lado, a aplicao de produtos qumicos propiciou o aumento na produode alimentos, por outro lado, o uso indevido de tais produtos tem causado alteraes toperigosas no meio ambiente a ponto de colocar em risco a manuteno da vida na Terra.
Por isso, importante conhecermos a Qumica para podermos utilizar os avanostecnolgicos de uma maneira racional, definir critrios para o aproveitamento dos recur-sos naturais e estudar formas de reaproveitar e diminuir a quantidade dos dejetos pro-duzidos pela nossa sociedade.
Atualmente, cada brasileiro produz em mdia 0,6 kg dirios de lixo. No total, o lixo do-miciliar chega a 96 mil toneladas/dia.
13Unidade 1 Introduo ao estudo da Qumica
Tecnologia
O desenvolvimento da tecnolo-gia responsvel pela mudanade muitos hbitos, e, geralmente,proporciona melhoria da qualidadede vida. O conhecimento cientficonormalmente precede seu uso, ouseja, existe sempre um intervalode tempo entre a descoberta cien-tfica e sua aplicao. Na tabela aolado, podemos ver alguns exem-plos:
O mesmo acontece com as descobertas no campo da Qumica: muitas vezes seu aproveita-mento prtico no imediato, ou seja, necessrio o uso e o desenvolvimento de tecnologiapara que determinada descoberta gere benefcios para a sociedade.
Fotografia 1782
Descoberta Aplicao
1838
1873 1939
1895 (dezembro) 1896 (janeiro)
1910 1940
1927 1939
1935 1950
1950 1956
DDT
Raios X (em Medicina)
Antibiticos
Nilon
Fotocpia
Videocassete
Embora, no Brasil, em muitos municpios a composio do lixo apresente caractersticas bemdiferentes, sua composio mdia pode ser representada pelo esquema a seguir, em porcentagemde massa:
borracha 0,4
madeira, couro, loua
0,9
trapos 1,5
vidro 2,2
orgnicos* 69,8
papel, papelo 13,6
plsticos 6,5
outros 2,4
metais 2,7
* Restos de alimentos, folhas e talos de hortalias e rvores, cascas de frutas, legumes, ovos, papel higini-co e guardanapos usados.
Fonte: CEMPRE Compromisso empresarial para a reciclagem.
-
Para diminuir a quantidade do lixo produzido e incentivar sua coleta seletiva, insti-tuiu-se um conjunto de procedimentos conhecido por poltica dos 3 erres:
Reduo do lixo produzidoPara isso, recomenda-se a escolha de embalagens que produzam a menor quanti-
dade possvel de lixo.
Reutilizao de tudo o que for possvelReutilizar embalagens plsticas e de vidro, evitando o seu descarte e a compra de
recipientes especficos, que tambm acabaro por virar lixo.
ReciclagemA reciclagem permite a transformao de materiais como papel, vidro, latas, plsti-
cos e embalagens diversas em novos objetos. Esse procedimento, alm de diminuir oacmulo de lixo e ajudar na preservao das fontes naturais, extremamente vantajosoem termos econmicos, j que em vrios casos mais barato reciclar do que produzirutilizando matrias-primas novas.
Alguns smbolos universais relacionados reciclagem, utilizados em diversas embalagens. Para indicar dife-rentes tipos de plsticos, usam-se nmeros que variam de 1 a 7.
PARTE 1 QUMICA GERAL14
Os sacos plsticos usadosnos supermercados para acon-dicionar as compras podem serempregados para descarte dolixo domstico.
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As embalagens vazias de produtos como margarina,palmito ou azeitonas servem para acondicionar alimentose guard-los na geladeira. Garrafas vazias de refrigerantespodem ser usadas para acondicionar gua ou sucos.Nesses casos as embalagens reutilizadas devem ter seucontedo indicado por etiquetas.
al
alumnio reciclvel
papel reciclvel
papel reciclado
o vidro reciclvel
o plstico reciclvel
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Esse processo limitadopor dois fatores: a separaodos materiais e a forma decoleta.
A reciclagem deve serfacilitada pelo uso de latas delixo diferentes para dife-rentes materiais reciclveis,evitando-se que eles fiquemsujos ou contaminados.
QUMICA: UMA CINCIA EXPERIMENTAL
O PROCESSO DE DESCOBERTAA maioria das culturas antigas se preocupou
em entender a relao existente entre o ser humanoe o mundo da natureza e seus fenmenos. Para isso,esses povos criaram mitos e lendas em que atuavamdeuses e outras figuras dotadas de poderes sobre-naturais. Atravs dessas narrativas, explicavam acriao do mundo, a origem do fogo, a descobertade ferramentas, o cultivo de alimentos etc.
As primeiras tentativas de entender os fenmenos naturais, desvinculadas da religioou de foras sobrenaturais, surgiram no sculo V a.C., na Grcia.
Foi Empdocles, um filsofo grego, quem lanou a idia para explicar a constituio damatria. Para ele, ela seria formada por quatro elementos primrios o fogo, o ar, a gua e aterra. Esses elementos seriam indestrutveis, mas estariam sofrendo constantes transfor-maes.
Mais tarde, Aristteles introduziu a idia de que esses quatro elementos podiam serdiferenciados por suas propriedades:
O fogo seria quente e seco. O ar seria quente e mido. A gua seria fria e mida. A terra seria fria e seca.
Dessa maneira, seria possvel transformar uma subs-tncia em outra, desde que se alterasse uma de suas pro-priedades. Por exemplo, se o ar quente e mido fosse res-friado, poderia ser transformado em chuva.
15Unidade 1 Introduo ao estudo da Qumica
Em algumascidades do Bra-sil h recipientesapropriados paraa coleta de mate-riais reciclveis.Nessa situao, fundamental aparticipao doscidados.
De acordo com um mito surgido entre os gregos,Prometeu teria roubado o fogo dos deuses, dando-o aoshomens. Como castigo, foi condenado a ter o fgado comi-do por um abutre por toda a eternidade.
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fogo
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O conceito de Empdocles e Aristteles foi aceito pormais de dois mil anos. Foi a mola propulsora dos alquimistas,os quais, at o sculo XV, tentavam transformar metaisbaratos, como o chumbo, em ouro.
O MTODO CIENTFICOA concepo de Aristteles s foi abandonada quando Robert Boyle, em seu livro
The sceptical chemist (O qumico ctico), publicado em 1661, mostrou ser imposs-vel extrair os quatro elementos a partir de uma substncia. Boyle props uma definiopara elemento qumico diferente da formulada pelos antigos gregos. Para Boyle, ele-mento qumico era toda substncia que no podia ser decomposta em substncias maissimples.
Boyle fundamentou sua teoria na realizao de experimentos e na interpretao dosresultados obtidos, processo que hoje se denomina mtodo cientfico.
As principais caractersticas do mtodo cientfico so:
realizar experimentos apropriados para responder a questes;
a partir da observao, estabelecer relaes:
PARTE 1 QUMICA GERAL16
Nem todos os filsofos gregos da Antigidade tinham a mesmaconcepo a respeito da natureza da matria. Por volta de 400 a.C.,os filsofos Leucipo e Demcrito formularam outra idia, segundo aqual a matria seria constituda de pequenas partculas que sempreexistiram e que seriam indivisveis: os tomos.
Selo em homenagem a Demcrito.
Os alquimistas foram muito importantes para aQumica. Tentando encontrar a pedra filosofal, queteria o poder de transformar qualquer metal emouro, e o elixir da longa vida, que tornaria o serhumano imortal, criaram um grande nmero deaparelhos de laboratrio e desenvolveram proces-sos importantes para a produo de metais, depapiros, de sabes e de muitas substncias, comoo cido ntrico, o cido sulfrico, o hidrxido de sdioe o hidrxido de potssio.
Laboratrio de alquimista (sculo XVI).
Princpios: proposies ou generalizaes de regularidades, semelhanas ou coin-cidncias verificadas nos experimentos.
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CE
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C
-
elaborar hipteses;
fazer previses sobre novos experimentos e test-los.
Nem sempre os experimentos confirmam as previses, caso em que o processo reiniciado. Assim, o cientista est sempre construindo o conhecimento a partir de umprocesso contnuo de acertos e erros.
David A. Ucko. O processo da Cincia(adaptado de quadro autorizado pelo Museum of Science and Industry, Chicago).
Os experimentos que nos ajudam a ter uma idia a respeito da matria e suas transfor-maes so normalmente realizados em laboratrios, com o uso de aparelhagem apropriada.
O LOCAL DE TRABALHO DO QUMICOA maior parte das atividades de um qumico se desenvolve no laboratrio. Por esse moti-
vo, necessrio ter uma noo de sua aparelhagem bsica e de como trabalhar nele.
Um laboratrio pode tornar-se um lugar muito perigoso, devido ao uso inadequadodos materiais e equipamentos nele existentes. Por isso, importante conhecermos algu-
17Unidade 1 Introduo ao estudo da Qumica
Leis: relaes matemticas entre as grandezas envolvidas nos experimentos.
Hipteses: suposies feitas para tentar explicar os fatos observados.
Com base nos meus conhecimentos de Qumica, suponho
que a mistura dessas duas
substncias seja muito
reativa.
Vou derramaruma sobre a
outra e agitar a mistura...
Humm,nenhuma mudana.
Logo, nestas condies, as
duas no reagem.
...ento estas outrasduas tambm
no devemreagir.
Talvez sejamelhor mudar
minhas roupas e
minha teoria.
Fazendo uma previso.
Prognosticando (hiptese). Modificando idias.
Experimentando. Tirando concluses.
-
mas normas de segurana. A maior parte dos acidentes que podem ocorrer em um la-boratrio provocada pelo desconhecimento das seguintes regras bsicas de segurana:a) no correr;b) manter os acessos desimpedidos;c) no colocar livros, sacolas, ferramentas etc. sobre as bancadas ou bancos;d) no comer, beber ou fumar;e) manter os extintores de incndio em condies de uso;f) manter o local sempre limpo e organizado;g) fechar gavetas e armrios logo aps o uso.
Proteo pessoalPara proteger pele e roupas, deve-se usar sempre um avental de mangas longas,
feito de algodo, pois fibras sintticas so altamente inflamveis. Quando for necessrioproteger os olhos, conveniente usar culos de segurana. Para proteo das mos, aotrabalhar com produtos corrosivos, devem-se usar luvas de borracha.
Nos laboratrios e nos rtulos das embalagens de reagentes so utilizados smbolosde segurana, que tm a finalidade de informar e alertar sobre a existncia de perigo.Veja alguns deles:
PARTE 1 QUMICA GERAL18
Avental de algodo com man-gas longas. Indica que deve-mos proteger a pele e a roupa.
culos de segurana. Devemser usados na proteo de res-pingos e estilhaos.
O uso de luvas evita o contatodas mos com substnciascorrosivas, vidros quebrados eobjetos quentes.
Usar pina de madeira para oaquecimento do tubo de en-saio.
Indica produo de vapores no-civos ou venenosos, que nodevem ser inalados.
Possibilidade de ocorrncia deexploso.
O descarte de determinadomaterial deve ser feito de ma-neira especfica (conformeindicao do professor).
Smbolo de alerta para a necessi-dade de lavar as mos aps cadaexperimento (evitar tocar o rosto eos olhos durante o experimento).
Caixa de primeiros socorros.(Seu uso deve ser orientadopelo professor.)
Smbolo de substncias vene-nosas, que no devem entrarem contato com a pele nem terseus vapores inalados.
Possibilidade de choque el-trico.
Indica materiais radioativos.
Identifica substncias infla-mveis.
Identifica substncias custi-cas ou corrosivas.
-
1. Qual substncia, que pode ser extrada dagua do mar, usada como tempero de ali-mentos e, quando adicionada carne crua,favorece a sua conservao? Cite outra fontede obteno dessa substncia.
2. Procure, em sua casa, embalagens que apre-sentem os smbolos a seguir e indique de quematerial elas so constitudas.
3. No lixo domstico, existem vrios materiaisreciclveis. Cite alguns deles.
4. Em 1984, numa indstria da Union Carbide, nacidade de Bhopal,na ndia,ocorreu um vazamentoda substncia isocianato de metila, a matria-pri-ma que compe inseticidas extremamente pode-rosos. Mais de 3 mil pessoas morreram, e outras14 mil apresentaram seqelas, como cegueira,esterilidade, distrbios neurolgicos, alteraesno funcionamento do fgado, rins etc.Na sua opinio, os governos deveriam ou noproibir a fabricao desses inseticidas, os quais,apesar de extremamente txicos, permitem oaumento da produtividade agrcola, amenizandoproblemas gerados pela fome? Quais sugestesvoc apresentaria para resolver esse problema?Algumas delas envolveriam aplicao de gran-
des volumes de capitais por parte das empre-sas e dos governos?
5. Leia atentamente os itens a seguir e indiquequais geram benefcios, problemas ou ambos.Justifique a sua resposta.
a) utilizao de derivados de petrleo: gasoli-na, leo diesel etc.;
b) utilizao de inseticidas domsticos;c) conservantes de alimentos;d) consumo de refrigerantes;e) consumo de adoantes artificiais.
6. Um estudante preparou pipocas nolaboratrio usando alguns gros demilho, um bquer grande e uma lmi-na de plstico, na qual fez um furocom alfinete antes de cobrir o bquer.Aps aquecer o sistema durante certotempo, ele observou que os grosexplodiam, transformando-se empipoca, e que havia algumas gotas degua na face interna da lmina plstica.
Com base nessas informaes, responda:a) Qual a origem da gua presente na lmina de
plstico?b) O que deve ter ocorrido no interior do gro de
milho para causar a exploso?c) Essa transformao ocorreria sem aqueci-
mento?d) Se usssemos uma balana de grande pre-
ciso para medir a massa do gro de milhoantes e aps a exploso, a massa seria amesma?
19Unidade 1 Introduo ao estudo da Qumica
Exerccios de classeAo longo da sua vida, voc acumula uma srie de co-nhecimentos qumicos, mesmo sem perceber. Use-os para responder s seguintes questes:
1. Cite pelo menos um metal encontrado emcada um dos objetos a seguir:a) panela;b) fio condutor de eletricidade; c) jia;d) trilho de trem;e) lata de bebida;f ) faca;g) filamento de lmpada.
2. Qual substncia encontrada no vinho e napinga pode ser utilizada como combustvelpara mover veculos? Qual matria-prima uti-lizada no Brasil para produzi-la?
3. Os alimentos podem apresentar, em sua com-posio, protenas, gorduras, fibras etc. Den-tre os alimentos a seguir, indique pelo menosum componente presente:
a) na carne bovina; d) no leite e no queijo;b) no peixe; e) nos ovos;c) nas verduras; f ) nas frutas.
4. O fumo matria-prima do cigarro contmmais de 4 mil compostos, dos quais cerca de400 so venenosos, e 40 substncias can-cergenas. Cite o nome da substncia maisconhecida presente no fumo.
5. Quais procedimentos voc adotaria paradiminuir a quantidade de lixo?
Exerccios propostos
ala) c) e)
b) d) f )
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-
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
MATRIA
A matria nem sempre visvel. O ar um exemplo disso. Podemos, atravs de ex-perimentos simples, constatar que o ar ocupa lugar no espao. Observe um deles:
Usamos massa de modelar para prender um funil em um frascode vidro e, ao mesmo tempo, vedar o frasco, impedindo a sada de arpor pequenos orifcios. Assim, o ar s entra ou sai atravs do funil. Setentarmos colocar um lquido colorido no frasco (gua com groselha,por exemplo), verificaremos que o lquido no consegue entrar, impe-dido pelo ar contido no frasco.
Podemos tambm determinar a massa de uma certa quantidadede ar mediante a utilizao de balanas. Um litro de ar apresentamassa aproximada de 1,3 gramas.
ENERGIANa verdade, no existe uma definio satisfatria para energia. Porm, pode-se afir-
mar que o conceito de energia est diretamente relacionado realizao de trabalho, aofato de provocar modificaes na matria e de ser interconversvel em suas vrias formas.
Uma das formas de energia mais utilizadas a eltrica, que pode ser obtida de vriasmaneiras. Vejamos algumas delas:
PARTE 1 QUMICA GERAL20
Nas usinas hidreltricas, quando agua represada cai atravs de tubulaes,faz girar turbinas acopladas a um gerador,o qual produz energia eltrica. Essa umafonte de energia praticamente inesgot-vel; contudo, seu funcionamento dependede um volume mnimo de gua represada.A construo de grandes usinas gera pro-blemas sociais e ambientais.
Existem vrios proces-sos qumicos (reaesqumicas), que sero estu-dados em eletroqumica,os quais podem originarenergia eltrica.
A energia elica (ar em movimen-to), que j foi usada para produzirenergia mecnica nos moinhos, atual-mente usada com auxlio de tur-binas, para produzir energia eltrica.
As clulas fotoeltricasdos painis solares transfor-mam a energia luminosa pro-veniente do Sol em energiaeltrica, sendo consideradauma fonte de energia ines-gotvel e que no produz da-nos ao meio ambiente.
Matria: tudo o que ocupa lugar no espao e tem massa.
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UNIDADES DE MEDIDAEm Qumica, para realizar qualquer experimento, alm dos conceitos bsicos de
matria e energia, tambm necessrio conhecer algumas unidades de medida.
A medida de uma grandeza um nmero que expressa uma quantidade, compara-da com um padro previamente estabelecido.
Os mltiplos e submltiplos do padro so indicados por prefixos.
Massa
Observao:
Essa definio simplificada, pois o conceito de massa no absoluto. De acordo com 2 Lei deNewton, a massa de um corpo est relacionada com a medida da sua inrcia, ou seja, medida dadificuldade que um corpo tem para variar a sua velocidade (massa inercial).
H tambm outra definio a de massa gravitacional, cuja medida depende da existncia defora gravitacional. Neste caso, a massa de um corpo pode ser medida, por exemplo, mediante ouso de balanas.
A determinao da massa de um corpo feita pela comparao da massa desconhe-cida desse corpo com outra massa conhecida, um padro. Para esta determinao usa-se um aparelho chamado balana.
21Unidade 1 Introduo ao estudo da Qumica
Nas usinas nucleares, como nas termoeltricas,atravs de processos fsico-qumicos, produz-se energiatrmica, que transformada em energia eltrica.
A distribuio da energia eltricapara as diferentes regies de um pas feita por redes de transmisso.
Ao chegar em sua casa ou em instalaes industriais, a energia eltrica transformada emoutros tipos de energia.
Massa (m): a quantidade de matria que existe num corpo.
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No Sistema Internacional (SI), a uni-dade-padro de massa o quilograma (kg).
Volume
O volume de um corpo com a formade um cubo determinado multiplican-do-se seu comprimento por sua altura epor sua largura.
No SI, a unidade-padro de volume o metro cbico (m3). No entanto, a uni-dade mais usada em Qumica o litro (L).
Num laboratrio, os volumes dos lquidos podem ser obtidos de vrias maneiras,usando-se diferentes aparelhos, em funo do volume de lquido a ser determinado.Observe:
Esses equipamentos so utilizados na obteno de medidas volumtricas de lquidos.
PARTE 1 QUMICA GERAL22
quilograma (kg) 1000 g ou 103 g
1 g ou 100 g
0,001 g ou 103 g
grama (g)
miligrama (mg)
Volume (V): a extenso de espao ocupado por um corpo.
10 cm = 1 dm
1 cm
10 cm
10 cm
V = comprimento altura largura
m3 1 000 dm3 ou 1 000 L
1 dm3 ou 1 L
0,001 dm3 ou 0,001 L103 dm3 ou 103 L
dm3 ou L
cm3 ou mL
Bales volumtricos.
Bquer. Erlenmayer.
Proveta.Pipetas. Bureta.
esquerda: balana de pratos. direita: balana moderna.
vol. = 1 cm 1 cm 1 cm
= 1 cm3
= 1 mL
vol. = 10 cm 10 cm 10 cm= 1000 cm3
= 1000 mL= 1 L
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Observao:
Quando usamos aparelhagem de medida de volume, devemos manteros olhos no mesmo nvel da superfcie do lquido, conforme mostra afigura ao lado.
Temperatura
Os valores de temperatura so determinados por um aparelho chamado ter-mmetro, que consiste de um fino tubo de vidro graduado e parcialmente cheio de mer-crio ou lcool colorido. medida que a temperatura aumenta, o lquido se expande ese move ao longo do tubo.
A graduao do tubo indica a variao detemperatura do lquido. Essa graduao aescala termomtrica do aparelho (existemvrias escalas em uso, atualmente).
A escala de graduao mais comumente usadanos trabalhos cientficos a escala Celsius. Elapossui dois pontos de referncia: o congelamentoe a ebulio da gua ao nvel do mar, que corres-pondem, respectivamente, a 0 C e 100 C.
Existem outras escalas centgradas, como aKelvin, recomendada pelo SI e conhecida comoescala absoluta.
Presso
A Terra est envolvida por uma camada de ar que tem espessura aproximada de 800km. Essa camada de ar exerce presso sobre os corpos: a presso atmosfrica.
A diminuio do nmero de partculas do ar em grandes altitudes pode ser a causade problemas para pessoas desacostumadas a essa condio.
23Unidade 1 Introduo ao estudo da Qumica
Temperatura (T): relaciona-se com o estado de agitao das partculas que formamum corpo e com a capacidade desse corpo de transmitir ou receber calor.
ponto de ebulio da gua
373,15 K
escalaKelvin
escalaCelsius
100,00 C
ponto de solidificao da gua
273,15 K 0,00 C
zero absoluto
0,00 K 273,15 C
TK = TC + 273
Presso (P): a relao entre a fora exercida na direo perpendicular, sobre uma dadasuperfcie, e a rea dessa superfcie.
Variao da presso na superfcie
P > P > P > ...
P = 1 atm
P
P
unidade de volume =1 L = poucas partculas
unidade de volume =1 L = mais partculas
unidade de volume =1 L = muito mais partculas
mar
A presso atmosfri-ca varia de acordo coma altitude. Em regiesde grande altitude, hmenor quantidade departculas do ar por uni-dade de volume, portan-to a presso tambm menor.
proveta
-
Pelo Sistema Internacional (SI), a unidade-padro o pascal (Pa), que se relacionacom a unidade atmosfera na seguinte proporo:
Densidade
A expresso que permite calcular a densidade dada por:
Para slidos e lquidos, a densidadegeralmente expressa em gramas/cen-tmetros cbicos (g/cm3); para gases,costuma ser expressa em gramas/litro(g/L).
(Unicamp-SP) Trs frascos de vidro transparente, fechados, de formas e dimenses iguais, con-tm cada um a mesma massa de lquidos diferentes. Um contm gua, o outro, clorofrmio eo terceiro, etanol. Os trs lquidos so incolores e no preenchem totalmente os frascos, osquais no tm nenhuma identificao. Sem abrir os frascos, como voc faria para identificaras substncias?A densidade (d) de cada um dos lquidos, temperatura ambiente, :d(gua) = 1,0 g/cm3
d(clorofrmio) = 1,4 g/cm3
d(etanol) = 0,8 g/cm3
SOLUOA partir da expresso que permite calcular densidades d = , temos que m = d V
mgua = dgua Vguamclorofrmio = dclorofrmio Vclorofrmiometanol = detanol Vetanol
PARTE 1 QUMICA GERAL24
1 atm = 101 325 Pa ou, aproximadamente, 1 atm 100 kPa
Unidades de presso
atm
1
cm Hg
76
mm Hg
760
torr
760
kPa
100
Densidade (d): a relao (razo) entre a massa de um material e o volume por eleocupado.
d =massa
d =m
d =kg
Volume V m3
Nas regies polares, comum a presenade grandes blocos de gelo (gua pura), os ice-bergs, flutuando na gua do mar (gua e ou-tros materiais). Isso ocorre porque a densi-dade do gelo (0,92 g/cm3) menor que a den-sidade da gua do mar (1,03 g/cm3).
EXERCCIO RESOLVIDO
como a massa a mesma, o lquido de maiordensidade dever apresentar o menor volume
m = d V
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A ilustrao ao lado nos fornece uma representaodos trs frascos.
Observao:Em laboratrio, os reagentes lquidos comumente so armazenados em plsticos ou frascos de vidro de rolhaesmerilhada, como os da ilustrao.
25Unidade 1 Introduo ao estudo da Qumica
clorofrmio gua etanol
1. Transforme as massas em gramas (g):a) 0,20 kgb) 200 mg
2. Transforme os volumes em litros (L):a) 1 dm3
b) 100 mLc) 200 cm3
d) 3,0 m3
3. Transforme as temperaturas:a) 27 C em Kelvin (K)b) 500 K em C (Celsius)
4. Transforme as presses:a) 1 520 mm Hg em atmb) 0,5 atm em mm Hg
5. Observe a tabela:
Esses trs materiaisforam colocados numaproveta, originando umsistema com o seguinteaspecto:
Relacione as substn-cias A, B, C com aquelasmencionadas na tabela.Justifique.
Exerccios de classe
50
40
30
20
10
A
C
B
Substncia Densidade
gua 1,0 g/cm3
benzeno 0,90 g/cm3
clorofrmio 1,53 g/cm3
Exerccios propostos1. Quantos sacos de cimento com 50 kg de massa
podem ser transportados por um caminho comcapacidade mxima de carga igual a 10 t?Dado: 1 tonelada = 103 kg
2. Considere as informaes: 1 microlitro (L) = 106 L volume de 1 gota = 5L = 50 106 LDetermine o nmero de gotas necessrio paraencher um recipiente de 0,20 L.
3. A febre o aumento da temperatura corporal,que raramente excede a 41C nos seres hu-manos, e faz parte do mecanismo de defesado corpo, pois normalmente provocada porprocessos inflamatrios, infecciosos e deintoxicao. Por outro lado, temperaturasabaixo de 36,1 C, provocadas pela exposioprolongada a ambientes muito frios, tambmpodem ser letais: o organismo, na tentativa demanter sua temperatura normal, acelera inten-samente o metabolismo, acarretando infartos.Quais os valores, em Kelvin (K), para as tem-peraturas mencionadas no texto?
4. Um mergulhador, quando atinge a profundi-dade de 32 m, est sujeito a uma pressototal de 5 atm, que corresponde soma dapresso exercida pela atmosfera e da colunade gua sobre ele. Determine a presso total,em mm Hg, que agir sobre esse mergulhadorquando ele atingir uma profundidade de 64 m.
5. (UFPI) Em uma cena de um filme, um indivduocorre carregando uma maleta tipo 007 (volumede 20 dm3) cheia de barras de um certo metal.Considerando que um adulto de peso mdio(70 kg) pode deslocar com uma certa veloci-dade, no mximo, o equivalente ao seu prpriopeso, indique qual ometal contido namaleta, observandoos dados da tabelaao lado. (Dado: 1 dm3 = 1 L= 1 000 cm3)a) Alumnio. d) Chumbo.b) Zinco. e) Ouro.c) Prata.
Densidade em g/cm3
Alumnio 2,7
Zinco 7,1
Prata 10,5
Chumbo 11,4
Ouro 19,3
-
1.
Neste restaurante do tipo self-service, osclientes so pesados na entrada e na sada,e a cobrana feita em funo da diferenade massa. Suponha que voc fosse a esserestaurante e na entrada a balana indicasse40 quilogramas. Se na sada a balana indi-casse 40,6 quilogramas,a) o seu aumento de massa corresponderia a
quantos gramas?b) quanto voc pagaria pela refeio?
2. Em vrios medicamentos,como, por exemplo, xaro-pes, encontramos um pe-queno frasco medidor, comomostra a figura ao lado:Suponha que seu mdico tenha lhe receitadotomar 5 mL de um determinado xarope 4vezes ao dia, durante 10 dias, e que o frascocontinha 0,15 L do medicamento.a) Qual volume total, em litros (L), voc deve
ingerir diariamente?
b) Quantos frascos desse medicamento vocdeve comprar para seguir a prescriomdica?
c) Ocorrer sobra de medicamento?
Leia o texto a seguir para resolver as questes 3 e 4.
Um dos combustveis mais utilizados nomundo atual a gasolina, que uma mistura dehidrocarbonetos e apresenta densidade aproxi-mada de 0,8 g/cm3. Seu preo varia de paspara pas, de acordo com vrios fatores, taiscomo: quantidade do petrleo extrado de fontesnacionais, quantidade do petrleo importado,custo do transporte do petrleo e seus deriva-dos, valor da moeda nacional etc. Nos EstadosUnidos, a gasolina comercializada usando-secomo unidade de medida de volume o galo (cor-respondente a aproximadamente 3,8 L), cujopreo mdio de US$ 2,00.
Num teste para medio de consumo de com-bustvel, um automvel vazio, contendo 57 L degasolina no tanque, teve a sua massa medidaantes e depois de percorrer uma distncia de150 quilmetros, sendo encontrados osseguintes valores:
massa inicial = 1 025,6 quilogramas
massa final = 1 013,6 quilogramas
3. Determine a massa da gasolina contida emum galo e o preo, em reais, de 1 L dessagasolina, comprada nos Estados Unidos (1 US$ = R$ 2,70).
PARTE 1 QUMICA GERAL266. (ENEM) Pelas normas vigentes, o litro do
lcool hidratado que abastece os veculosdeve ser constitudo de 96% de lcool puro e4% de gua (em volume). As densidades des-ses componentes so dadas na tabela.
Um tcnico de um rgo de defesa do con-sumidor inspecionou cinco postos suspeitosde venderem lcool hidratado fora das nor-mas. Colheu uma amostra do produto emcada posto, mediu a densidade de cada uma,obtendo:
A partir desses dados, o tcnico pde concluirque estavam com o combustvel adequadosomente os postos:
a) I e II.b) I e III.c) II e IV.d) III e V.e) IV e V.
gualcool
Substncia
1000800
Densidade (g/L)
I
Posto
822
II 820
III 815
IV 808
V 805
Densidade do combustvel (g/L)
Exerccios de contexto
-
Se o slido apresentar forma geomtrica bem definida, voc pode determinar seu volume,medindo suas dimenses e multiplicando-as. Porm, se precisar determinar o volume de um sli-do com formato irregular, conhecendo somente a sua massa, sem conhecer a sua densidade, vocpode proceder da seguinte forma:
a) Coloque gua em um recipiente graduado, como uma proveta, at um determinado volume.
b) Mergulhe o slido de formato irregular no recipiente contendo gua e verifique o novo volumede gua.
c) A diferena entre o volume final e o volume inicial o volume deste slido. A partir deste
procedimento podemos determinar a densidade do slido utilizando a expresso .
Observao:Este procedimento apropriado para slidosmais densos que o lquido.
Sugesto:Determine o volume e a densidade de umabolinha de gude e de uma colher de ch.
27Unidade 1 Introduo ao estudo da Qumica4. Considerando que a variao de massa seja
devida unicamente gasolina consumida,determine o volume de gasolina consumido eo consumo mdio, em quilmetros por litro,no teste.
5. Observe o esquema:
Sabendo que:I a gua passa do estado lquido para o
de vapor
II o vapor gira as hlices de uma turbinaIII o movimento no interior de um gerador
produz energia eltrica
a) Indique os itens que podem corresponderao meio utilizado no processo:I usina elicaII usina termoeltricaIII clulas fotoeltricasIV usina hidreltricaV usina nuclear
b) Quais fontes de energia indicadas no exer-ccio anterior podem produzir energialimpa e considerada inesgotvel?
c) Numa usina termoeltrica, uma das subs-tncias queimadas o carvo. Duranteessa queima (combusto), so lanados naatmosfera gases nocivos ao meio ambientee ao ser humano. Como denominada essasituao?
d) Em qual dos processos citados uma estia-gem prolongada pode afetar a produo deenergia eltrica?
F a a v o c m e s m o
Determinao do volume de um slido
d = mV
volume inicial = Vi
gua
volume inicial = Vi
volume final = Vf
gua
slido com formato irregular
II turbinaenergiaeltrica
III geradorI gua em
ebulio
-
CONSTITUIO DA MATRIAAtualmente no h dvidas de que toda matria seja formada por minsculas partcu-
las, denominadas tomos. Essa idia, como j vimos, foi proposta pelos filsofos gregosLeucipo e Demcrito (400 a.C.).
Em 1808, baseado em fatos experimentais, o cientista britnico John Dalton (1766-1844) formula uma teoria atmica para explicar a constituio da matria.
TEORIA ATMICA DE DALTONEssa teoria possibilitaria, posteriormente, a
criao do primeiro modelo do tomo, a qualexpressa, em termos gerais, o seguinte:
1. A matria constituda de pequenas partculasesfricas macias e indivisveis denominadastomos.
2. Um conjunto de tomos com as mesmas mas-sas e tamanhos apresenta as mesmas pro-priedades e constitui um elemento qumico.
3. Elementos qumicos diferentes apresentamtomos com massas, tamanhos e propriedadesdiferentes.
4. A combinao de tomos de elementos dife-rentes, numa proporo de nmeros inteiros,origina substncias diferentes.
5. Os tomos no so criados nem destrudos: so simplesmente rearranjados, originandonovas substncias.
Para melhor representar sua teoria atmica, Dalton substituiu os antigos smbolosqumicos da alquimia por novos e criou smbolos para outros elementos que no eramconhecidos pelos alquimistas.
Representao dos elementos qumicosAt 1808, quando surgiu a teoria atmica de Dalton, eram conhecidos aproximada-
mente 50 elementos qumicos. Por volta de 1810, o qumico sueco Berzelius (1779-1848)organizou a notao qumica utilizada at essa data, que era bastante confusa, intro-duzindo como smbolo dos elementos as iniciais de seus nomes em latim.
Dalton acreditava que os tomosfossem macios, esfricos e indi-visveis como bolinhas de gude.
CE
DO
C
-
Para indicar a proporo com que cada elemento entra na formao de determina-da substncia, Dalton associou um ndice numrico aos smbolos.
A representao grfica de uma substncia em que so utilizados os smbolos e osndices numricos denominada frmula e representa a constituio de cada unidadeformadora da substncia. Essas unidades so denominadas molculas.
29Unidade 2 A matria
Elemento
Ouro
Prata
Ferro
Cobre
G
S
I
C
Gold
Silver
Iron
Copper
Smboloalqumico
Dalton
Nome em ingls
Smbolo em ingls
Au
Ag
Fe
Cu
Aurum
Argentum
Ferrum
Cuprum
Berzelius
Nome em latim
Smbolo em latim
Representaes de uma molculade gua
elementoshidrognio = H
oxignio = O
quantidade de tomos
H2O1
23
2 tomos de H
1 tomo de O
12
3frmula
H2O ==
O3
12
3=
oxignio = O
quantidade de tomos
O3
12
3
3 tomos de O
12
3frmula
Representaes de uma molculade oznio
John DaltonJohn Dalton considerado o pai da Qumica terica. Com
apenas 12 anos de idade iniciou sua brilhante carreira lecio-nando em uma escola da comunidade Quaker, da qual eramembro.
Alm de ter elaborado a teoria atmica, Dalton descobriuuma importante lei da Fsica a Lei das Presses Parciais
dos Gases. Uma curiosidade sobre a sua vida profissional: eletambm atuou como meteorologista, tendo feito cerca de200 mil anotaes.
Dalton foi o primeiro cientista a descrever uma deficin-cia visual da qual sofria cujo portador no consegue distinguir algumas cores, entreelas, o vermelho e o verde. O seu trabalho sobre essa deficincia foi to importante quehoje ela conhecida por daltonismo. Atualmente, sabe-se que o daltonismo afeta 5% doshomens e 0,5% das mulheres.
Membro da comunidade Quakercom seus trajes caractersticos
do final do sculo XIX.
tomo deoxignio
= tomo deoxignio
= tomo dehidrognio
elemento
14
24
3
-
CLASSIFICAO DA MATRIA
SUBSTNCIASComo j vimos, um conjunto de tomos com as mesmas propriedades qumicas cons-
titui um elemento qumico, e cada substncia caracterizada por uma proporo cons-tante desses elementos.
A classificao das diferentes substncias feita de acordo com sua composio.
Substncia puraTipo de matria formada por unidades qumicas iguais, sejam tomos, sejam molcu-
las, e por esse motivo apresentando propriedades qumicas e fsicas prprias.
As substncias puras podem ser classificadas como simples ou compostas.
Substncias simplesA substncia formada por um ou mais tomos de um mesmo elemento qumico
classificada como substncia pura simples ou, simplesmente, substncia simples.
Substncias compostasQuando as molculas de determinada substncia so formadas por dois ou mais ele-
mentos qumicos, ela classificada como substncia pura composta ou, simplesmente,substncia composta.
MISTURAS
Como as misturas apresentam composio varivel, tm propriedades como pontode fuso, ponto de ebulio, densidade diferentes daquelas apresentadas pelas subs-tncias quando estudadas separadamente.
PARTE 1 QUMICA GERAL30
gs hlio (He) gs oznio (O3) fsforo (P4)gs oxignio (O2)
gs ciandrico (HCN) gua (H2O)
Mistura: formada por duas ou mais substncias, cada uma delas sendo denominadacomponente.
-
A maioria dos materiais que nos cercam so misturas. O ar que respiramos, porexemplo, formado por uma mistura de trs tipos principais de gases:
gs nitrognio (N2) = 78%;
gs oxignio (O2) = 21%;
gs argnio (Ar) 1%; gs carbnico (CO2) 0,03%.
Tipos de misturasDe acordo com o aspecto visual de uma mistura, podemos classific-la em funo
do seu nmero de fases:
Considere as seguintes misturas:
31Unidade 2 A matria
Observao: Estamos considerando o ar seco, na ausncia de poluentes.
lcool hidratado: formadopor lcool etlico (C2H6O) egua (H2O).
Tanto na gua encanada como na gua mi-neral existe um grande nmero de substnciasdissolvidas. A composio dessa mistura dada nos rtulos das garrafas de guamineral.
Fase: cada uma das pores que apresenta aspecto visual homogneo (uniforme), oqual pode ser contnuo ou no, mesmo quando observado ao microscpio comum.
gua + acar dissolvidoleo
gua
Aspecto visual contnuo: uma nica fase. Aspecto visual descontnuo: duas fases.
Chr
isto
f G
unke
l
CE
DO
C
Ouro 18 quilates:mistura formada ba-sicamente por 75%de ouro (Au) e 25%de cobre (Cu) e prata(Ag).
CE
DO
C
-
Dessa maneira, as misturas so classificadas em funo de seu nmero de fases:
As misturas homogneas so chamadas solues. Alguns exemplos: gua detorneira, vinagre, ar, lcool hidratado, pinga, gasolina, soro caseiro, soro fisiolgico e algu-mas ligas metlicas. Alm dessas, todas as misturas de quaisquer gases so sempremisturas homogneas.
Alguns exemplos de misturas heterog-neas: gua e leo, areia, granito, madeira,sangue, leite, gua com gs. As misturas for-madas por n slidos apresentam n fases,desde que estes slidos no formem uma ligaou um cristal misto.
Independentemente de uma amostra dequalquer material ser uma substncia ou umamistura, ela ser denominada um sistema tudo que objeto da observao humana etambm poder ser classificada em funo doseu aspecto visual.
SISTEMAS
PARTE 1 QUMICA GERAL32
Mistura homognea: toda mistura que apresenta uma nica fase.
Mistura heterognea: toda mistura que apresenta pelo menos duas fases.
O granito apresenta trs fases: quartzo, feldspatoe mica.
Thal
es T
rigo
O aspecto visual contnuo deuma mistura no se restringeapenas simples percepo aolho nu, mas abrange tambm autilizao de aparelhos pticoscomuns: os microscpios. O leite considerado uma mistura hete-rognea.
copo deleite
lquido brancocom gotculasde gordura(amarela)
Aspecto homogneoa olho nu
Aspecto heterogneoao microscpio
Sistema homogneo: apresenta aspecto contnuo, ou seja, constitudo por umanica fase.
Sistema heterogneo: apresenta um aspecto descontnuo, ou seja, constitudo pormais de uma fase.
-
CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Elemento qumico: formado por tomos que apresentam propriedades qumicasiguais.
Exemplos:
Substncia: formada geralmente pela unio de dois ou mais tomos.
1. Nvel atmico ou "microscpico": Substncias simples: so formadas
por um nico elemento qumico.
Mistura: formada por mais de uma substncia, as quais no podem ser representadaspor uma nica frmula. Algumas vezes sua composio pode ser indicada pelas frmu-las de suas vrias substncias constituintes.
1. Nvel microscpico
33Unidade 2 A matria
Sistemas homogneos
mistura
substncia pura
gua
Sistemas heterogneos
misturasubstncia pura
leo
gua
gelo: H2O(slida)
gua: H2O(lquida)
Substncia pura: um componenteMistura homognea: mais de um componente
Substncia pura: um componente em diferentes estados fsicosMistura heterognea: mais de um componente
Sistema homogneo(uma fase)
Sistema heterogneo(mais de uma fase)
elementos qumicosoxignio = smbolo: O
hidrognio = smbolo: H
Substncias compostas: so formadaspor mais de um elemento qumico.
gs ciandrico (HCN)gs hidrognio (H2) gs cloro (Cl2)
mistura dos gaseshidrognio (H2) e cloro (Cl2)
mistura degua (H2O) e gs oznio (O3)
gua (H2O)
-
1. Qual das alternativas a seguir contm apenassubstncias compostas?a) N2, P4, S8. d) N2, O3, H2O.b) CO, He, NH3. e) H2O, I2, Cl2.c) CO2, H2O, C6H12O6.
2. (MACK-SP) O nmero de substncias simplesentre as substncias de frmula: O3, H2O, Na,P4, CH4, CO2 e CO :
a) 2. b) 3. c) 4. d) 5. e) 7.
3. (UFPA) Considerando-se a reao:C + H2O CO + H2
Entre reagentes e produtos esto presentes:a) 2 substncias simples e 2 compostas.b) 1 substncia simples e 3 compostas.c) 3 substncias simples e 1 composta.d) 4 substncias simples.e) 4 substncias compostas.
4. (Cesgranrio-RJ) Identifique a alternativa que apre-senta, na seqncia, os termos corretos quepreenchem as lacunas da seguinte afirmativa:Uma substncia .... formada por ...., con-tendo apenas .... de um mesmo .... .a) composta; molculas; elementos; tomo.b) composta; molculas; tomos; elemento.c) qumica; elementos; molculas; tomo.d) simples; tomos; molculas; elemento.e) simples; molculas; tomos; elemento.
5. (UECE) O tratamento da gua que a CAGECEdistribui, consiste basicamente na adio desulfato de alumnio, cloro, flor e outros produ-tos qumicos. A gua, aps o tratamento, clas-sifica-se como:a) mistura homognea. c) mistura azeotrpica.b) mistura heterognea. d) substncia pura.
6. (Fuvest-SP) Todas as guas com as denomi-naes a seguir podem exemplificar soluesde slidos em um lquido, exceto:a) gua potvel. d) gua mineral.b) gua destilada. e) gua do mar.c) gua dura.
7. (UFPE) Considere os vasos I, II e III a seguir:
Qual das alternativas corresponde identifi-cao mais adequada dos seus contedos?a) vaso I (zinco + gua);
vaso II (querosene + gua);vaso III (cloreto de sdio + gua).
b) vaso I (cloreto de sdio + gua);vaso II (querosene + gua);vaso III (zinco + gua).
c) vaso I (querosene + gua);vaso II (zinco + gua);vaso III (cloreto de sdio + gua).
d) vaso I (cloreto de sdio + gua);vaso II (zinco + gua);vaso III (querosene + gua).
e) vaso I (zinco + gua);vaso II (cloreto de sdio + gua);vaso III (querosene + gua).
8. Associe:
34
2. Nvel macroscpico:
Mistura de gases = mistura homognea(N2 + O2 + Ar) = (nitrognio + oxignio + argnio)3 componentes1 fase
lcool hidratado = mistura homognea(H2O + C2H6O) = (gua + lcool etlico)2 componentes1 fase
Mistura de gua e granito = mistura heterognea(H2O + quartzo + feldspato + mica)4 componentes4 fases
ar atmosfrico
Exerccios de classe
I II III
I oxignioII carbonoIII enxofreIV fsforo
a) vermelho e brancob) oznio e oxignioc) fulereno, diamante e grafitad) rmbico e monoclnico
elementos variedades alotrpicas
PARTE 1 QUMICA GERAL
-
1. (UFSC) Dentre as proposies abaixo, escolhaos itens que contm somente substnciascompostas.I S8, O3, P4, I2.II FeS, Al2O3, CO2, HgI2.III Ca, Mn, Pb, He.IV NaCl, H2, H2SO4, Au.V KOH, Ni(NO3)2, O2, Cl2. VI Cd, Co, Zn, B.
2. (UFF-RJ) Considere os seguintes sistemas:
Os sistemas I, II e III correspondem, respecti-vamente, a:a) substncia simples, mistura homognea,
mistura heterognea.b) substncia composta, mistura heterognea,
mistura heterognea.c) substncia composta, mistura homognea,
mistura heterognea.d) substncia simples, mistura homognea,
mistura homognea.e) substncia composta, mistura heterognea,
mistura homognea.
3. Considere os sistemas:a) gua + gasolina;b) gua + sal dissolvido;c) gua + sal dissolvido + sal no-dissolvido;d) gua + gelo;e) vinagre;f) leo de cozinha;g) granito;h) ar atmosfrico;i) ar com poeira.Classifique-os em homogneos ou heterogneos.
4. Identifique o nmero de fases e componentesnos sistemas a seguir:
5. (Unicamp-SP) Os peixes esto morrendoporque a gua do rio est sem oxignio, masnos trechos de maior corredeira a quantidadede oxignio aumenta. Ao ouvir esta infor-mao de um tcnico do meio ambiente, umestudante que passava pela margem do rioficou confuso e fez a seguinte reflexo: Estouvendo a gua no rio e sei que a gua contm,em suas molculas, oxignio; ento comopode ter acabado o oxignio do rio?
a) Escreva a frmula das substncias men-cionadas pelo tcnico.
b) Qual a confuso cometida pelo estudanteem sua reflexo?
6. (Unicamp-SP) Sob condies adequadas, umamistura de nitrognio gasoso, N2(g), e deoxignio gasoso, O2(g), reage para formar dife-rentes xidos de nitrognio. Se representar-mos o elemento nitrognio por e o elemen-to oxignio por , duas dessas reaes qumi-cas podem ser esquematizadas como:
a) D a frmula qumica do composto forma-do na reao esquematizada em I.
b) Escreva a equao qumica balanceada re-presentada no esquema II.
7. Sobre um elemento qumico, um estudanteescreveu: Forma duas substncias simplesimportantes: uma diatmica, consumida nasreaes de combusto e vital para o ser humano,e outra triatmica, presente na camada superiorda atmosfera e que absorve parte das radiaesultravioleta provenientes do Sol.
Com referncia ao texto mencionado peloestudante, responda:
a) Qual elemento qumico est sendo men-cionado?
b) Escreva a frmula das substncias:diatmica e triatmica.
35Unidade 2 A matria
Exerccios propostos
I
gua
IIgua
+etanol
IIIgua
+leo
gua +
sal
I III
II IV
gua +
sal
leo+
gua +
sal
gua +
sal+
granito
I
II
-
Responda:
1. A gua do mar uma substncia pura ou umamistura?
2. Escreva o nome e a frmula de quatro subs-tncias presentes na gua do mar.
3. As substncias qumicas mencionadas no textoso classificadas como simples ou compostas?
4. Quantos elementos qumicos e quantos to-mos de cada elemento esto presentes nasfrmulas das substncias citadas?
5. Qual substncia, no mencionada no texto, eque se encontra tambm dissolvida nas guasdos mares, permite a existncia de peixes?
6. Considere uma balana de dois pratos, comoa representada a seguir:
Se, no prato A, for colocado 1 L de gua domar Vermelho e no prato B, 1 L de gua domar Bltico:
a) eles permanecem nivelados.b) A sobe e B desce.c) A desce e B sobe.Justifique sua resposta.
7. Considere as seguintes amostras, todas con-tendo 1 L:x gua do mar Vermelhoy gua do mar Blticoz gua do mar do litoral brasileiro
Quais situaes abaixo esto corretas?
8. Se 1000 L de gua do mar Vermelho fossemtotalmente evaporados, qual massa de res-duo slido (sais) seria obtida? E quanto dessaquantidade corresponderia ao cloreto desdio?
PARTE 1 QUMICA GERAL368. (UFMT) Em 1974, Mrio J. Molina e F.
Sherwood Rowland lanaram uma idiaexplosiva: baseados em clculos tericos,levantaram a hiptese de que o cloro prove-niente de clorofluorcarbonos (compostosgasosos de carbono contendo cloro e flor)poderia destruir o oznio estratosfrico.Esses gases, conhecidos como Freons oupela sigla CFC, so utilizados principalmentecomo substncias refrigerantes em geladei-ras, condicionadores de ar etc. e, na poca,
eram empregados como propelentes em fras-cos de aerossis.Julgue os itens:a) O oxignio um exemplo de substncia
simples.b) O oznio tem frmula molecular O2.c) O oznio um gs que protege a Terra dos
efeitos dos raios ultravioleta da luz solar.d) O oxignio e o oznio diferem quanto ao n-
mero atmico dos elementos qumicos queos formam.
Exerccios de contexto
gua do marAs guas dos mares e oceanos contm vrios sais, cuja quantidade dissolvida (salinidade)
varia de acordo com a regio em que foram colhidas amostras. O mar Vermelho, por exem-plo, o que apresenta maior salinidade aproximadamente 40 g de sais dissolvidos paracada litro de gua (40 g/L). J o mar Bltico o que apresenta menor salinidade emmdia, 30 g/L.
Cerca de 80% (em massa) dos sais dissolvidos so constitudos de cloreto de sdio (NaCl);nos outros 20% so encontrados vrios sais, como o cloreto de magnsio (MgCl2) e o sulfa-to de magnsio (MgSO4).
A B
I II III
IV VIV
x z y zx
z
xz
yzy
z
-
ESTADOS FSICOS DA MATRIAToda matria constituda de pequenas partculas e, dependendo do maior ou menor
grau de agregao entre elas, pode ser encontrada em trs estados fsicos: slido, lqui-do e gasoso.
Cada um dos trs estados de agregao apresenta caractersticas prprias comoo volume, a densidade e a forma , que podem ser alteradas pela variao de tempe-ratura (aquecimento ou resfriamento).
Quando uma substncia muda de estado, sofre alteraes nas suas caractersticasmacroscpicas (volume, forma etc.) e microscpicas (arranjo das partculas), no haven-do, contudo, alterao em sua composio.
MUDANAS DE ESTADO FSICOO diagrama abaixo mostra as mudanas de estado, com os nomes particulares que
cada uma delas recebe.
37Unidade 2 A matria
Slido Lquido Gasoso
Cubos de gelo. Bexigas.
Caractersticas macroscpicas
Caractersticas microscpicas
Jarra comsuco.
Sup
erst
ock
Bra
sil
Sr
gio
Luiz
Per
eira
Sr
gio
Luiz
Per
eira
* Neste captulo, utilizaremos os termos gs e vapor de maneira indistinta, o que ser diferenciado posteriormente,quando abordarmos o Estudo dos Gases Perfeitos.
slido lquido gasoso(vapor)*liquefao ou condensaosolidificao
fuso vaporizao
sublimao
-
DIAGRAMAS DE MUDANA DE ESTADO FSICOAo aquecermos uma amostra de substncia pura, como, por exemplo, a gua no
estado slido (gelo) e anotarmos as temperaturas nas quais ocorrem as mudanas deestado, ao nvel do mar, obteremos o seguinte grfico, onde:
t1 = incio da fuso t3 = incio da ebuliot2 = fim da fuso t4 = fim da ebulio
t1 = t2 = 0 C t3 = t4 = 100 CPelo grfico podemos observar que a tem-
peratura de fuso (TF) da gua 0 C e a suatemperatura de ebulio (TE) de 100 C.
O grfico de aquecimento da gua apresen-ta dois patamares, os quais indicam que,durante as mudanas de estado, a temperaturapermanece constante.
Se aquecermos uma amostra de mistura,como, por exemplo, de gua e acar e anotar-mos as temperaturas nas quais ocorrem asmudanas de estado, ao nvel do mar, obteremoso seguinte grfico, onde:
Durante as mudanas de estado da mistura,as temperaturas de fuso e ebulio no per-manecem constantes.
Generalizando, temos:
As temperaturas de fuso (TF) e ebulio (TE) so duas propriedades utilizadaspara caracterizar e identificar substncias puras.
PARTE 1 QUMICA GERAL38
A produo de alimentosdesidratados um exemplo daaplicao industrial da subli-mao. Os cafs solveis liofili-zados, por exemplo, so pro-duzidos mediante o congela-mento a 30 C de uma soluoaquosa de caf, que trituradae conduzida a uma cmara avcuo, na qual a gua sublima,restando somente caf.
t 1
100
tempo
0
t2 t3 t 4
slido
slido elquido
lquidoe vapor
slido
lquido
vapor
slido elquido
lquidoe vapor
12
3
12
3 temperatura (C)
t 1 tempo
t F
t 2 t 3 t 4
slido elquido
lquidoe vapor
slido elquido
lquidoe vapor
t E
slidoslido
lquido
vapor
tF = variao da temperatura durantea fuso
tE = variao da temperatura durantea ebulio
temperatura (C)
O grfico de mudana de estado de qualquer substncia pura apresenta sempre doispatamares.O grfico de mudana de estado de misturas geralmente no apresenta patamares.
Chr
isto
f G
unke
l
-
Alm das TF e TE, necessrio o conhecimento de uma outra propriedade para seidentificar uma substncia: a densidade.
H vrias tabelas contendo os valores de TF, TE e a densidade de muitas substncias:
Dada a tabela:
resolva as questes:a) Qual o estado fsico de cada substncia temperatura ambiente?b) Construa um grfico de mudana de estado, indicando como a temperatura de uma amostra
de clorofrmio slido varia com o tempo quando submetida a aquecimento. Indique os esta-dos fsicos presentes em cada regio do grfico.
39Unidade 2 A matria
TF (C)
gua (H2O)
lcool comum (C2H6O)
mercrio (Hg)
ferro (Fe)
0
TE (C) d (g/cm3)
100 1,0
117 78 0,78
38,8 356,6 13,64
1535 2750 7,87
Misturas eutticasEssas misturas comportam-se como
uma substncia, isto , apresentam TFconstante, e o grfico apresenta um pata-mar durante a fuso.
Exemplos:
solda (estanho + chumbo)gelo + sal de cozinha
Misturas azeotrpicasEssas misturas comportam-se como
uma substncia, isto , apresentam TEconstante, e o grfico apresenta umpatamar durante a ebulio.
Exemplo:
lcool comum (96% de etanol e 4% de gua)
t 1tempo
TF
t E
t 2 t 3 t 4
lquidoe vaporlquidoe vapor
slidoslido
slido elquido
lquido
temperatura (C)
vapor
t 1tempo
t F
TE
t2 t 3 t 4
lquidoe vaporlquidoe vapor
slido elquido
temperatura (C)
slidoslido
lquido
vapor
EXERCCIO RESOLVIDOClorofrmio 63 oC
TF TE
61,0 oC
43 oC 182,0 oC
101 oC 34,5 oC
Fenol
Cloro
Existem algumas misturas com comportamento diferente, as quais apresentamum patamar apenas.
-
SOLUOa) A temperatura ambiente normalmente considerada igual a 20 C. Com base nos dados da
tabela, podemos construir um esquema indicando o estado fsico de cada substncia numadada temperatura.
b) Como o clorofrmio uma substncia pura,teremos o grfico conforme dado ao lado:
1. A seqncia dos quadrinhos mostra as mudanas de estado fsico da gua.
Para cada item a seguir, identifique o nome das mudanas de estado:
I A B III C BII B C IV B A
PARTE 1 QUMICA GERAL40
slido63 C
lquido61 C
vapor
TF TE20 C
slido43 C
lquido182 C
vapor
vapor
TF TE
slido101 C
lquido34,5 C
TF TE
Clorofrmio:
Fenol:
Cloro:
tempo
TE: 61
TF: 63S + L
S
L
L + V V
temperatura (C)
Exerccios de classe
Mauricio de Sousa. Turma da Mnica. O Estado de S. Paulo.
A B C
20 C
20 C
-
2. (MACK-SP) Indique os estados fsicos das subs-tncias I, II, III e IV citadas na tabela abaixo, temperatura de 40 C e presso de 1 atm.
3. O grfico a seguir indica as mudanas de esta-do da substncia pura chumbo quando sub-metida a um aquecimento:
a) Qual o estado fsico em que o chumbo seencontra aps 15 minutos de aquecimento?
b) Durante quanto tempo o chumbo perma-neceu totalmente liquefeito?
c) Em qual estado fsico o chumbo se encontraa uma temperatura de 1760 C?
d) Em quais intervalos de tempo o chumbocoexiste em dois estados fsicos?
4. Certa quantidade de uma substncia foi aque-cida num recipiente apropriado, sendo depoisresfriada. O grfico a seguir indica a variao
da temperatura com o tempo e as mudanasde estado observadas durante o experimento:
Observe o grfico e responda as questes aseguir.
I Registre em que trechos a substncia encontrada somente no estado:a) slido;b) lquido;c) gasoso;d) slido e lquido;e) lquido e gasoso.
II Considere os valores t1 e t2 de tempera-tura e indique:a) temperatura de fuso;b) temperatura de ebulio;c) temperatura de condensao;d) temperatura de solidificao.
III A passagem de A at E envolve absoroou liberao de calor?
IV A passagem de F at J envolve absoroou liberao de calor?
41Unidade 2 A matria
I ter etlico 116 34
II clorofrmio 63 61
III ciclobutano 127 31
IV fenol 43 183
SubstnciaPonto de fuso (C)
(medido a 1 atm)
Ponto de ebulio (C)
(medido a 1 atm)
10 tempo (min)
temperatura (C)
20 35 50
1 755
328
A
B
C H
I
J
DF
GE
temperatura
t2
t1
aquecimento resfriamento
1. Sabendo que a temperatura de fuso do ferro,a 1 atm, de 1536 C, e que ele usado paraproduzir motores de automveis e grelhas dechurrasqueira, a previso correta sobre a tem-peratura de um motor em funcionamento e docarvo em brasa na churrasqueira :
a) maior que 1536 C.b) menor que 1536 C.c) igual a 1536 C.Justifique sua resposta.
2. Dois copos, A e B, contendo respectivamente100 mL e 200 mL de gua destilada, soaquecidos uniformemente com a mesmafonte de calor.
Sendo tA e tB os tempos gastos para se ini-ciar a ebulio nos copos A e B; TEA e TEB astemperaturas de ebulio nos copos A e B,podemos afirmar:
a) tA = tB; TEA = TEB d) tA > tB; TEA = TEBb) tA < tB; TEA < TEB e) tA < tB; TEA = TEBc) tA > tB; TEA > TEB
Exerccios propostos
A BA B
100 mLde gua
200 mLde gua
tempo
-
O texto a seguir deve ser usado para responder as questes de 1 a 4.
Joo estava no ponto de nibus quando foiabordado por um desconhecido, que lhe con-tou uma estria triste, cheia de desgraa,doenas, perda de emprego etc. Ao final daestria, o desconhecido ofereceu-lhe umacorrente de ouro 18 quilates, de massa iguala 76 g, por apenas R$ 50,00.
Joo, condodo e tentado pela oferta van-tajosa, acabou comprando a corrente. Maistarde, meio desconfiado, ele decidiu realizaro seguinte experimento para comprovar se acorrente era ou no de ouro 18 quilates:
PARTE 1 QUMICA GERAL423. (Unicamp-SP) Colocando-se gua bem gelada
num copo de vidro, em pouco tempo ele ficamolhado por fora, devido formao de mins-culas gotas de gua.
Para explicar esse fenmeno, propuseram-seas duas hipteses seguintes:
a) Se aparece gua do lado de fora do copo, porque o vidro no totalmente imper-mevel. As molculas de gua, atraves-sando lentamente as paredes do vidro, voformando minsculas gotas.
b) Se aparece gua do lado de fora do copo,devehaver vapor de gua no ar. O vapor de gua,entrando em contato com as paredes frias docopo, condensa-se em minsculas gotas.
Qual hiptese explica o fenmeno? Justifique.
4. Numa bancada de laboratrio temos cincofrascos fechados com rolha comum que con-tm, separadamente, os lquidos seguintes:
Num dia de muito calor, em determinadoinstante, ouve-se no laboratrio um estampi-do, produzido pelo arremesso da rolha de umdos frascos para o teto.De qual dos frascos foi arremessada a rolha?a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5
5. (MACK-SP)
Analisando o grfico acima, referente ao aque-cimento de uma substncia slida, podemosafirmar que:
a) quando t = 2 minutos, tem-se um sistemamonofsico.
b) quando t = 4 minutos, coexistem substnciaslida e substncia lquida.
c) em t = 1 inicia-se a liquefao da substncia.d) a substncia tem ponto de fuso igual a 40 C.e) no intervalo de 5 a 8 minutos, a substncia
encontra-se totalmente na forma de vapor.
Frasco Lquido TF (1 atm) TE (1 atm)
1 etanol 112 C 78 C
2 n. pentano 100 C 36 C
3 anilina 6 C 180 C
4 benzeno 5 C 80 C
5 cido actico 17 C 120 C
Exerccios de contexto
volume inicial =100 mL
volume final =108,4 mL
corrente
gua
Sabendo que a densidade do ouro 18 quilates de 16,5 g/cm3, responda s questes:
1. A corrente era realmente de ouro 18 quilates?Explique como voc chegou a essa concluso.
2. Por certo, a aparncia da corrente contribuiupara a deciso de Joo, que se esqueceu oudesconhecia o fato de que um objeto pode serrecoberto por uma fina pelcula de metal e,dessa forma, ter sua aparncia alterada. Ba-
tempo (min)
temperatura (C)
60
40
20
1 2 3 4 5 6 7 8
-
PROCESSOS DE SEPARAO DE MISTURAS
ANLISE IMEDIATANa natureza, raramente encontramos substncias puras. Assim, para obtermos uma
determinada substncia, necessrio usar mtodos de separao. O conjunto de proces-sos fsicos que no alteram a natureza das substncias denominado anlise imediata.Para cada tipo de mistura heterognea ou homognea usamos mtodos diferentes.
DecantaoProcesso utilizado para separar
dois tipos de misturas heterogneas.
a) Lquido e slido
b) Lquido e lquido
43Unidade 2 A matria
seado na tabela de densidade apresentada aseguir, qual dos metais apresentados deve sero mais provvel constituinte da corrente?Justifique sua resposta.
3. O sistema formado pela corrente e a gua homogneo ou heterogneo? Quantas fasesapresenta?
4. Sabendo que o ouro 18 quilates formadopor 75% de ouro e 25% de prata e cobre, emmassa, identifique o grfico que melhor re-presentaria sua fuso:
Justifique sua escolha.
ferro
Metal
7,8
cobre 9,0
zinco 7,1
chumbo 11,0
Densidade (g/cm3) Grfico 1 Grfico 2
A fase slida (barro), por ser mais densa, sedimenta-se, ou seja, deposi-ta-se no fundo do recipiente, e a fase lquida pode ser transferida paraoutro frasco. A decantao usada, por exemplo, nas estaes de trata-mento de gua.
bquer
repouso
gualquido
slido
baqueta
barrogua barrenta
Bquer: usado para dissoluo, aquecimento ou medidas pouco precisas de volume delquidos.Baqueta: usada para facilitar o escoamento de um frasco para o outro.
O lquido mais denso permanece na parte inferior dofunil e escoado controlando-se a abertura da torneira.
Funil de bromo (separao): usado na sepa-rao de lquidos imiscveis.Suporte universal: dispositivo onde so aco-plados, com a ajuda de garras, outros equipamen-tos usados na separao de misturas.
tempo
temperatura
tempo
temperatura
funil de bromo
leo
gua
torneirasuporteuniversal
-
Centrifugao uma maneira de acelerar o processo de decantao envolvendo slidos e lquidos realiza-
da num aparelho denominado centrfuga. Na centrfuga, devido ao movimento de rotao, aspartculas de maior densidade, por inrcia, so arremessadas para o fundo do tubo.
Filt