QUÍMICA GERAL

ENGENHARIA MECÂNICA

Prof. Dr. Sérgio Henrique Pezzin

Matéria: Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço.

Substância: Forma simples e pura da matéria.

Estados da Matéria: Sólido – Forma rígida da matéria Líquido – Forma fluida da matéria que tem superfície

bem definida e toma forma do recipiente que a contém. Gás – Forma fluida da matéria que ocupa todo o

recipiente que a contém.

MATÉRIA E ENERGIA

http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/sergiohp/

ATKINS, P e.; Jones, L. “Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente”, Porto Alegre: Bookman, 2001.

Propriedade Física: Característica que podemos observar ou medir sem

alterar a identidade da substância. Ponto de fusão (PF), dureza, cor, estado, densidade.

Propriedade Química: Habilidade de uma substância em se transformar em

outra(s) substância(s). P.ex.: hidrogênio reage com oxigênio para formar água.

PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS

Propriedade Intensiva: Independe do tamanho da amostra. Temperatura, densidade.

Propriedade Extensiva: Depende do tamanho da amostra. Massa, volume.

PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS

Medida da capacidade de realizar trabalho. Unidade SI: joule (J) – 1J = 1 kg.m2.s-2

Energia Cinética: Ec = ½ mv2

Energia Potencial: Ep = mgh

Energia Potencial de Coulomb:

ENERGIA

r

qqEP

21

Energia do campo eletromagnético Ondas (rádio, luz, raios-X) Transporta energia pelo espaço

ENERGIA

Conservação da Energia Energia total: E = Ec + Ep

Dissipação de energia: Movimento térmico

Variação de energia: ΔE = Efinal - Einicial

ENERGIA

Força ma = F

Pressão P = F / A Moléculas chocando-se contra uma parede.

Trabalho w = F. Δx = P. ΔV

FORÇA E PRESSÃO

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Do que é constituída a matéria ? Tales de Mileto: água Heráclito: fogo Aristóteles / Empédocles:

Água, Terra, Fogo, Ar

Elementos Substâncias fundamentais a partir das quais todas

as formas de matéria podem ser construídas.

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Propriedades dos Elementos

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Átomo FilosóficoAtomistas: Demócrito e Leucipo (400-500 aC.)

Átomo: indivisívelAceitação do vazio !

Átomo CientíficoExperimentação: Lavoisier, Proust, Dalton

Séculos XVIII e XIX

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Superfície de GaAs (Microscopia eletrônica de tunelamento)

ELEMENTOS E ÁTOMOS

O modelo atômico de Dalton (1807) Todos os átomos de um dado

elemento são idênticos. Os átomos de diferentes elementos

têm massas diferentes. Um composto é uma combinação

específica de átomos de mais de um elemento.

Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos, mas trocam de parceiros para produzir novas substâncias.

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Definição moderna de elemento:

Substância composta de uma única espécie de átomo.

Atualmente 112 elementos já foram descobertos ou criados.

ELEMENTOS E ÁTOMOS

O modelo nuclear

J.J.Thompson (1897) desenvolveu experimentos para a descoberta da partícula sub-atômica: o elétron, e mediu a sua razão carga/massa.

ELEMENTOS E ÁTOMOS

O modelo nuclear

ELEMENTOS E ÁTOMOS

O modelo nuclear

Partícula Carga Massa Elétron (e-) -1 9,109 x 10-31 Próton (p) +1 1,673 x 10-27 Nêutron (n) 0 1,675 x 10-27

Diâmetro do núcleo ≈ 10-14 m

Diâmetro do átomo ≈ 10-9 m

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Espectrometria de massa

≠ massa entre átomos de um elemento

Nêutrons

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Número atômico (Z):Número de prótons em um núcleo atômico.

Número de massa (A):Número de prótons e nêutrons em um

núcleo atômico.

Isótopos:Átomos com mesmo Z, mas A diferente.

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Alguns isótopos de elementos comuns

Elemento Símbolo Z A Abundância, %

hidrogênio 1H 1 1 99,985

deutério 2H 1 2 0,015

trítio 3H 1 3 Raro*

Carbono-12 12C 6 12 98,90

Carbono-13 13C 6 13 1,10

Oxigênio-16 16O 8 16 99,76

*radioativo, vida curta

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Exercício 1:

Quantos prótons, nêutrons e elétrons estão presentes em um átomo neutro de:

(a) carbono-14

(b) ferro-56

(c) urânio-235

TABELA PERIÓDICA

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Exercício 2:

Quais características têm em comum os átomos de:

(a) Ar-40

(b) K-40

(c) Ca-40

Em que eles são diferentes ?

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Exercício 3:

Determine o número total de prótons, nêutrons e elétrons em uma molécula de água, H2O.

Que fração de sua própria massa é devida aos nêutrons do seu corpo, assumindo que consiste basicamente de água ?

COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS

Análise:Descoberta de quais elementos se

combinaram para formar uma substância.

Síntese:Produção de novas combinações de

átomos, novos materiais.

COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS

Composto:Substância que consiste de dois ou mais

elementos diferentes combinados em uma proporção definida.

Compostos Orgânicos (metano, glicose, polietileno, etc)

Compostos Inorgânicos (água, sílica, amônia, cloreto de sódio, etc.)

COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS

Molécula:Grupo discreto de átomos ligados em um

arranjo específico (covalente).

Íon:Átomo (ou grupo de átomos ligados)

carregado eletricamente Cátion – íon carregado positivamenteÂnion – íon carregado negativamente

COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS

Composto Molecular:Consiste de moléculas.

Em geral compostos binários de dois não-metais são moleculares.

Composto Iônico:Consiste de íons.

Em geral compostos binários de um metal e um não-metal são iônicos.

COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS

Moléculas e Compostos MolecularesFórmula química:

Forma de expressar sua composição em termos de símbolos químicos.

Fórmula molecular:Mostra quantos átomos de cada elemento

compõem uma única molécula do composto.Fórmula estrutural:

Indica como os átomos estão ligados.

COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS

Íons e Compostos IônicosCristais – Célula Unitária

Não falamos em molécula de um composto iônico .

Fórmula unitária:Mostra a razão entre o número de átomos de

cada elemento presente no composto em termos da menor quantidade de número de íons.

COMPOSTOS, MOLÉCULAS E ÍONS

Exercício 4:

Escreva a fórmula do composto binário formado por

(a) Cálcio e cloro

(b) Alumínio e oxigênio

NOMENCLATURA DE COMPOSTOS

Exercício 5

Dê o nome dos compostos (a) Ag2S(b) Mg(OH)2

(c) NiSO4.6H2O(d) H2SO3

NOMENCLATURA DE COMPOSTOS

Exercício 6

Escreva a fórmula para os compostos (a) fosfato de alumínio(b) bromato de cobre(II)(c) sílica(d) ácido perclórico

ESTEQUIOMETRIA

Cálculos envolvendo as massas das substâncias que participam nas reações químicas:

(do grego stoicheion, constituinte elementar, e metrein, medir).

Extrema importância prática: Previsão teórica da quantidade de reagentes a ser usada

para se obter determinada quantidade de produtos, numa reação química, em condições pré-fixadas.

MASSA ATÔMICA

Padrão de massas atômicas (1961):a massa de 1/12 do átomo do isótopo do

carbono com A igual a 12 (12C). chamado unidade de massa atômica

(u.m.a).

Massa atômica de um átomo é a massa deste átomo expressa em u.m.a.

MASSA ATÔMICA

Espectrometria de massas: permite a determinação da massa atômica com

grande precisão.

Massa atômica do átomo 24Mg = 23,985 u.m.a 24 u.m.a = 24 x massa de 1/12 do 12C

Massa atômica do átomo 35Cl = 34,997 u.m.a 35 u.m.a = 35 x massa de 1/12 do 12C

MASSA ATÔMICA

Massa atômica de um elemento: média ponderada das massas atômicas dos átomos de

seus isótopos constituintes.

O elemento cloro é formado pelos isótopos: 35Cl, com abundância natural de 75,4%, e 37Cl, com

abundância de 24,6%

Massa atômica do elemento Cl = [(34,997 x 75,4) + (36,975 x 24,6)]/100 = 35,453 u.m.a.

não existe átomo de Cl com massa 35,453 u.m.a; esse é o valor médio da massa dos átomos de Cl.

MASSA MOLECULAR

É a massa de uma molécula da substância expressa em u.m.a.

É igual à soma das massas atômicas de todos os átomos constituintes da molécula.

Exemplo:MA do H 1 u.m.a.MA do O 16 u.m.a.

Massa molecular do H2O = (2 x 1) + 16 18 u.m.a.

FÓRMULA-MASSA

No caso de substâncias iônicas, o termo massa molecular é substituído por fórmula-massa, pois não existe molécula de substância iônica.

Exemplo:

MA do Na 23 u.m.a.

MA do Cl 35,5 u.m.a.

Fórmula-massa do NaCl = 23 + 35,5 58,5 u.m.a.

MOL

É a quantidade de átomos, moléculas, íons, elétrons, etc., igual ao número de átomos que há em 12 g de carbono-12.

Este número é igual a 6,02 x 1023 (conhecido como número de Avogadro).

Assim como uma dúzia são 12 unidades e uma centena são 100 unidades, um mol são 6,02 x 1023 unidades.

MASSA MOLAR

Massa molar é a massa de um mol de entidades (átomos, moléculas, íons, etc.).Unidade: g.mol-1

Massa molar de um elemento é a massa de 6,02 x 1023 átomos desse elemento.

É numericamente igual à sua massa atômica.MA do Cl = 35,5 u.m.a.Massa molar do Cl = 35,5 g.mol-1

ESTEQUIOMETRIA

Exercício 7

O ferro (massa atômica 56) é essencial à vida do homem porque está presente, na forma iônica, no glóbulo vermelho do sangue e transporta oxigênio para os tecidos.

No sangue de um adulto há 2,9 g de ferro, que estão contidos em cerca de 2,6 x 1013 glóbulos vermelhos.

Qual é o número de átomos de ferro em cada glóbulo vermelho ?

ESTEQUIOMETRIA

Cálculos envolvendo reações químicas:

Escrever a equação química que representa o fenômeno descrito no problema.

Balancear a equação.

Relacionar os dados do problema com a incógnita.

EQUAÇÕES QUÍMICAS

São descrições abreviadas das modificações que ocorrem durante uma reação química.

Permitem determinar relações quantitativas entre reagentes e produtos.

as equações devem estar balanceadas: devem obedecer à lei da conservação da

massa, tendo o mesmo número de átomos de cada elemento em ambos lados da seta.

EQUAÇÕES QUÍMICAS

Consideremos, p.ex., a equação para a combustão do etanol, C2H5OH :

C2H5OH + O2 2 CO2 + 3 H2O

No nível molecular podemos ler:1 molécula de C2H5OH + 3 moléculas de O2

2 moléculas de CO2 + 3 moléculas de H2O

EQUAÇÕES QUÍMICAS

Redimensionando para uma escala de laboratório:

1 mol de C2H5OH + 3 mols de O2 2 mol de CO2 + 3 mol de H2O

A equação balanceada fornece as relações quantitativas entre todos os reagentes e produtos.

EQUAÇÕES QUÍMICAS

Exercício 8

Uma amostra de um minério de carbonato de cálcio pesando 2,0 g, ao ser tratada com ácido clorídrico em excesso, produziu 1,5 x 10-2 mol de dióxido de carbono.

Equacione a reação química correspondente e calcule a porcentagem, em massa, de carbonato de cálcio.

EQUAÇÕES QUÍMICAS

Exercício 9 A obtenção de etanol, a partir de sacarose

(açúcar) por fermentação, pode ser representada pela seguinte equação:

C12H22O11 + H2O 4 C2H5OH + 4 CO2

Admitindo-se rendimento de 100% e que o etanol seja anidro (puro), calcule a massa (em kg) de açúcar necessária para produzir 50 L de etanol.

(detanol = 0,8 g/cm3)

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ATKINS, P e.; Jones, L. “Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente”, Porto Alegre: Bookman, 2001.