Matéria e Formas de Medida

Química Geral – Prof. Dr. Élcio Rogério BarrakEngenharia de Produção - 1° semestre / 2008 Eduardo de Freitas SecafFelipe Gomes Chuster

1- O que é a Química? O que essa ciência estuda? Por que estudá-la?

- Química é a ciência que surgiu no século XVII a partir dos estudos de alquimia; trata das substâncias da natureza, dos elementos que a constituem, de suas características, propriedades combinatórias, processos de obtenção, suas aplicações e sua identificação. Estuda a maneira que os elementos se ligam e reagem entre si, bem como, a energia desprendida ou absorvida durante estas transformações.

2- Áreas de influência / relação / cotidiano.

Química a ciência central

Engenharia Empresas alimentícias

Indústria química

Indústria de base

Produtos hospitalares

Bens de consumo

Cosméticos

Definições Matéria: Tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaçoMatéria: Tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço

Átomo: Partícula infinitamente pequena que combinada forma as Átomo: Partícula infinitamente pequena que combinada forma as moléculasmoléculas

Elemento químico: todos os átomos que possuem o mesmo Elemento químico: todos os átomos que possuem o mesmo número atômico (Z), ou seja, o mesmo número de número atômico (Z), ou seja, o mesmo número de prótons

Tabela periódica: Traz informações acerca dos elementos Tabela periódica: Traz informações acerca dos elementos

químicos. É organizada em 18 colunas (famílias) e 7 linhas químicos. É organizada em 18 colunas (famílias) e 7 linhas (períodos)(períodos)

Tipos de substâncias• Definição (átomos e moléculas)Definição (átomos e moléculas)• Substância simples: formada por um único elemento químico (um só tipo Substância simples: formada por um único elemento químico (um só tipo de átomo na molécula). Ex.: Hde átomo na molécula). Ex.: H22, O, O22, O, O33 e P e P44 (fósforo branco) (fósforo branco)• Substância composta (composto): formada por mais de um elemento Substância composta (composto): formada por mais de um elemento químico. Ex.: NaCl, NHquímico. Ex.: NaCl, NH33, HCl, HCl

Propriedades das substâncias

Estado sólido: forma e volume invariávelEstado líquido: forma variável e volume invariávelEstado gasoso: forma e volume variáveis

Propriedades das substâncias

•Densidade: g/cm³, g/ml, kg/m³

•Ponto de Fusão: ºC, K

•Ponto de Ebulição: ºC, K

Propriedades das substâncias

• Solubilidade: g/100g de água

• Calor específico: J/g ºC

Gráfico de solubilidade x temperatura

Propriedades das substâncias

Separação de misturas• Mistura (mais de uma espécie de molécula)

• Mistura homogênea (solução); água e álcool

• Mistura heterogênea; água e óleo

• Processos:

* Separação magnética. Ex. : pregos e cloreto de sódio

Separação de misturas

* Destilação fracionada. Ex.: destilação do petróleo

* Destilação simples

• Filtração. Tem a função de separar sólidos de líquidos.• Instrumentos: suporte universal, pipeta, papel de filtro, erlenmayer• Ex.: água e areia• Ex. prático: água e café

Aplicações

A radiação solar aquece a água salgada e o vapor d’água se condensa na superfície de vidro, escorrendo para o frasco contendo água destilada.

• Tratamento da água

Sistema internacional de medidas (SI)

O SI foi criado afim de padronizar internacionalmente as medidas e O SI foi criado afim de padronizar internacionalmente as medidas e grandezas físicas para melhor entendimento e aplicação de tais grandezas físicas para melhor entendimento e aplicação de tais conceitos.conceitos.

Instrumentos e grandezas comuns nos Instrumentos e grandezas comuns nos laboratórios de química:laboratórios de química:

• Comprimento: usa-se régua Comprimento: usa-se régua graduada em centímetros (cm)graduada em centímetros (cm)

• Volume: usam-se os seguintes Volume: usam-se os seguintes instrumentos, onde a unidade instrumentos, onde a unidade básica é o mililitro (mL)básica é o mililitro (mL)

1 L = 1000 mL = 1000 cm³ 1 L = 1000 mL = 1000 cm³

Formas de Medida

   

Conversão deConversão de UnidadesUnidades

Comprimento:Comprimento: Volume:Volume: Massa: Massa: S.I.S.I. metro / m metro / m S.I.S.I. metro cubico / m metro cubico / m33 S.I.S.I. quilograma / kg quilograma / kg1 m = 100 cm = 1000 mm1 m = 100 cm = 1000 mm      1 mm = 101 mm = 10-3-3 m m      1 cm = 101 cm = 10-2-2 m m      1 km = 101 km = 1033 m m 1 L = 1000 mL = 1000 cm1 L = 1000 mL = 1000 cm33 1 kg = 101 kg = 1033 g g101066 = mega; 10 = mega; 10-1-1 = deci = deci 1 mL = 1 cm1 mL = 1 cm33 1 mg = 101 mg = 10-3-3 g g1010-2-2 = centi; 10 = centi; 10-3-3 = mili = mili   1010-6-6 = micro; 10 = micro; 10-9-9 = nano = nano      

     Temperatura:Temperatura: Pressão:Pressão: Energia:Energia:S.I.S.I. kelvin / K (centigrados) kelvin / K (centigrados) S.I.S.I. pascal / Pa pascal / Pa S.I.S.I. joule / J joule / J°C = grau Celsius°C = grau Celsius 1 atm = 760 mmHg =1 atm = 760 mmHg = 1 cal = 4,184 J1 cal = 4,184 J°F = grau Fahrenheit°F = grau Fahrenheit 1,013 x 105 Pa;1,013 x 105 Pa;    K = °C + 273,15K = °C + 273,15      °F = 1,8(°C) + 32°F = 1,8(°C) + 32      

     

• Temperatura: usa-se o termômetro de mercúrio (Hg) graduado em Temperatura: usa-se o termômetro de mercúrio (Hg) graduado em graus Celsius (ºC) graus Celsius (ºC)

TK = TºC + 273,15 TºF = 1,8 TºC + 32 TK = TºC + 273,15 TºF = 1,8 TºC + 32

• Massa : usa-se a balança de dois pratos ou a balança eletrônica, Massa : usa-se a balança de dois pratos ou a balança eletrônica, onde a unidade básica é o grama (g)onde a unidade básica é o grama (g)

• Pressão: usa-se o barômetro e a unidade S.I. é o pascal (Pa), sendo Pressão: usa-se o barômetro e a unidade S.I. é o pascal (Pa), sendo atm e mmHg comumente utilizadas atm e mmHg comumente utilizadas

Incertezas nas medidas

Toda medida envolve certo grau de incerteza. Toda medida envolve certo grau de incerteza. Ela depende também do instrumento escolhido para realizar a Ela depende também do instrumento escolhido para realizar a

medição e da habilidade de quem o utilizará.medição e da habilidade de quem o utilizará.

Ex.: 3 Ex.: 3 ±± 1 mL 1 mL 3,0 3,0 ±± 0,1 mL 0,1 mL 3,00 3,00 ± ± 0,01 mL 0,01 mL

Portanto, quanto maior a quantidade de algarismos significativos Portanto, quanto maior a quantidade de algarismos significativos menor é a margem de erro, ou seja maior a exatidão da medida .menor é a margem de erro, ou seja maior a exatidão da medida .

Algarismos Significativos• Todos dígitos diferentes de zero são “A.S.” Todos dígitos diferentes de zero são “A.S.” Ex.: 8,91 mm (3 A.S.) Ex.: 8,91 mm (3 A.S.) 5,979 m (4 A.S.)5,979 m (4 A.S.)

• Zeros entre dígitos diferentes de zero são “A.S.”Zeros entre dígitos diferentes de zero são “A.S.” Ex.: 507 g (3 A.S.) Ex.: 507 g (3 A.S.) 2,09 g (3 A.S.)2,09 g (3 A.S.)

• Zeros além do ponto decimal no fim de um número são “A.S.”Zeros além do ponto decimal no fim de um número são “A.S.” Ex.: 9,0 mL (2 A.S.)Ex.: 9,0 mL (2 A.S.)

• Zeros que precedem o primeiro dígito diferente de zero em um Zeros que precedem o primeiro dígito diferente de zero em um número não são “A.S.” número não são “A.S.” Ex.: 0,0004 g (1 A.S. que é o número 4 no final)Ex.: 0,0004 g (1 A.S. que é o número 4 no final)

OBS.: Podemos e devemos expressar os números decimais adotando OBS.: Podemos e devemos expressar os números decimais adotando a notação exponencial, no caso de 0,4 g teríamos 4 a notação exponencial, no caso de 0,4 g teríamos 4 10 10-1-1 g e isso g e isso nos levaria a dizer que o número tem 1 A.S.nos levaria a dizer que o número tem 1 A.S.Ou ainda, 4,0 Ou ainda, 4,0 10 10-1-1 g e isso nos levaria a ter 2 A.S. g e isso nos levaria a ter 2 A.S.

• Em operações, como na multiplicação ou na divisão, o total de A.S. Em operações, como na multiplicação ou na divisão, o total de A.S. do resultado é igual ao da grandeza com o menor número de A.S. Ex.: do resultado é igual ao da grandeza com o menor número de A.S. Ex.: 6,221 x 5,2 = 32,3492 = 326,221 x 5,2 = 32,3492 = 32

• Na adição ou na subtração, o número de dígitos após o ponto Na adição ou na subtração, o número de dígitos após o ponto decimal no resultado é igual ao da quantidade com o menor número decimal no resultado é igual ao da quantidade com o menor número de dígitos após o ponto decimal. Ex.: 15,32 g + 0,9 g + 117 g = de dígitos após o ponto decimal. Ex.: 15,32 g + 0,9 g + 117 g = 133,22 g = 133 g 133,22 g = 133 g

Conseqüentemente a incerteza associada neste caso será de Conseqüentemente a incerteza associada neste caso será de ± ± 1 g 1 g

Análise Dimensional A análise dimensional é usada para certificar que os cálculos com A análise dimensional é usada para certificar que os cálculos com

várias unidades produzirão as unidades corretas no resultado e várias unidades produzirão as unidades corretas no resultado e também na conversão de unidades.também na conversão de unidades.

Esquema prático de conversão de unidadesEsquema prático de conversão de unidades

Análise Dimensional Exercício 1.6 do livro texto. Quando 1 grama de gasolina é Exercício 1.6 do livro texto. Quando 1 grama de gasolina é queimada num automóvel, a quantidade de energia liberada é de queimada num automóvel, a quantidade de energia liberada é de cerca de 1,03 x 10cerca de 1,03 x 1044 cal. Expresse esse valor em joules. cal. Expresse esse valor em joules.

Solução:Solução:

Usamos o fator de conversão 4,184 J / 1 cal.Usamos o fator de conversão 4,184 J / 1 cal.

*A idéia básica do uso do fator de conversão é realizar uma *A idéia básica do uso do fator de conversão é realizar uma multiplicação simples (regra de três), cancelando a unidade que se multiplicação simples (regra de três), cancelando a unidade que se quer cortar. quer cortar.

Se necessário, usam-se sucessivos fatores de conversão até que se Se necessário, usam-se sucessivos fatores de conversão até que se obtenha a quantidade nas unidades desejadas. obtenha a quantidade nas unidades desejadas.

1,03 x 101,03 x 1044 cal x 4,184 J / 1 cal = 4,31 x 10 cal x 4,184 J / 1 cal = 4,31 x 1044 J (3 A.S.) J (3 A.S.)

Método Científico

O método científico é uma abordagem geral de problemas O método científico é uma abordagem geral de problemas que envolve observar, procurar padrões nas observações, que envolve observar, procurar padrões nas observações, formular hipóteses para explicar as observações e testá-las formular hipóteses para explicar as observações e testá-las em experimentos posteriores. As hipóteses que resistem a em experimentos posteriores. As hipóteses que resistem a tais testes, e mostram-se úteis em explicar, ou prever um tais testes, e mostram-se úteis em explicar, ou prever um comportamento, tornam-se teorias.comportamento, tornam-se teorias.

Química na atualidade A nanotecnologia se apresenta como uma das mais A nanotecnologia se apresenta como uma das mais

importantes inovações técnicas e científicas da atualidade, importantes inovações técnicas e científicas da atualidade, tal descoberta apresenta enorme relevância, já que a partir tal descoberta apresenta enorme relevância, já que a partir dela é possível manipular a matéria com precisão atômica. dela é possível manipular a matéria com precisão atômica. Ela promete alterações nos tamanhos dos dispositivos Ela promete alterações nos tamanhos dos dispositivos técnicos, facilitando o armazenamento de dados e a técnicos, facilitando o armazenamento de dados e a utilização de sistemas ultra-rápidos de comunicação. utilização de sistemas ultra-rápidos de comunicação. Portanto a nanotecnologia promete fazer uma renovação Portanto a nanotecnologia promete fazer uma renovação que facilitará em muitos aspectos a vida humana.que facilitará em muitos aspectos a vida humana.

Aplicações da nanotecnologia

Conclusão

A Química é uma ciência experimental que estuda a matéria, suas A Química é uma ciência experimental que estuda a matéria, suas propriedades, composição, estrutura e reações. Essa ciência é de propriedades, composição, estrutura e reações. Essa ciência é de fundamental importância para a vida e a sobrevivência do homem. A fundamental importância para a vida e a sobrevivência do homem. A partir dela é possível evoluir e criar formas práticas que nos ajudam a se partir dela é possível evoluir e criar formas práticas que nos ajudam a se adaptar aos mais diversos contextos e situações. Ou seja, a química está adaptar aos mais diversos contextos e situações. Ou seja, a química está presente em tudo, podemos dizer que de certa forma ela é inerente à vida presente em tudo, podemos dizer que de certa forma ela é inerente à vida humana.humana.