Aula 1 e 2

Estudo da Matéria

Do que é formado o Universo?

Química - 2011 Prof. Leonardo Carneiro

Mas antes de tudo, algumas definições...

Matéria: tudo aquilo que ocupa lugar no espaçoe possui massa.

Corpo: é a porção limitada da matéria.

Energia: ainda não foi definida (não possuimassa, carga e só é determinada quandotransformada).



Fenômenos: são transformações que ocorremna matéria. São de três tipos:

i. Físicos: não ocorre mudança na composição damatéria. (mudanças de fase, por exemplo).

ii. Químicos: ocorre mudança na composição damatéria (reações químicas, por exemplo).

iii. Biológicos: fenômenos físicos e/ou químicos queocorrem em organismos vivos (metabolismo, porexemplo).



Substância: é qualquer espécie de matéria formadapor átomos de elementos específicosem proporções específicas. Cada substância possuium conjunto definido de propriedades euma composição química.

i. Simples: substâncias formadas por apenas um tipo deátomo (os gases são ótimos exemplos, como F2, N2 eO2).

ii. Compostas: substâncias formadas por mais de umtipo de átomo (NH3, CO2, CH3COOH...).



Sistema: é uma porção limitada do Universo

para efeito de estudo científico. Um sistema

pode ser:

Homogêneo: sistemas monofásico.s

Heterogêneo: sistemas

bifásicos, trifásicos, polifásicos.


OBS: Fases são as diferentes porções

homogêneas, limitadas por superfícies

de separação, que constituem um

sistema heterogêneo.




Misturas: são porções de matéria constituídasde duas ou mais substâncias. Podem serclassificadas em:

i. Azeotrópicas: são misturas onde o ponto deebulição permanece constante ao longo do tempo(álcool hidratado, por exemplo).

ii. Eutéticas: são misturas onde o ponto de fusãopermanece constante ao longo do tempo(bronze, por exemplo).



Perfis gráficos das misturas:


Mistura eutética Mistura azeotrópica

Exercício

1) A queima da gasolina; a sublimação da naftalina;

o enferrujamento do prego e o derretimento de

um bloco de gelo são respectivamente, fenômenos:

(a) Químico; físico; químico e físico.

(b) Físico; químico; químico e químico.

(c) Químico; físico; físico e químico

(d) Físico; físico; químico e químico.

(e) Químico; químico; físico e químico.


Fracionamento de Misturas

Sistemas heterogêneos sólido-sólido:


Catação Levigação Peneiração

Flotação Separação magnética


Sistemas heterogêneos sólido-líquido:


Filtração

“convencional”Filtração à vácuo


Sistemas heterogêneos sólido-gás:

i. Filtração

ii. Decantação

iii. Câmara de poeira (filtro de manga)



Sistemas heterogêneos líquido-líquido:


Decantação

(laboratório)

Tanque de decantação

(lodo ativado)


Sistemas homogêneos sólido-sólido:

i. Fusão fracionada

ii. Extração por solvente

Sistemas homogêneos líquido-gás:

i. Aquecimento

Sistemas homogêneos gás-gás:

i. Liquefação fracionada



Sistemas homogêneos sólido-líquido:


Destilação simples


Sistemas homogêneos líquido-líquido:


Destilação fracionada

Exercício

(PUC-RJ) Dentro de um frasco, estão bem misturados póde ferro, areia e sal de cozinha, rodos finamente divididos.Considere as operações de: I – filtração; II –centrifugação; III – solubilização em água; IV – separaçãomagnética; V – decantação. Indique a ordem deprocedimentos que separará os três componentes destamistura:(a) I, II, III

(b) I, III, II

(c) IV, III, I

(d) IV, III, II

(e) III, I, V


De que é formada a matéria?

Entre 600 e 500 a.C.: filósofosgregos questionavam de que oUniverso era formado.

i. Tales de Mileto: tudo eraformado de água.

ii. Anaxímenes de Mileto:tudo era formado de ar.

iii. Aristóteles: o universo eraformado pelos quatroelementos da natureza:terra, fogo, ar e água.


Ainda na Grécia Antiga há o conceito de

partícula

Leucipo e Demócrito: a matéria era formada por

partículas indivisíveis, que foram chamadas de

átomos. Essa foi a primeira concepção de

matéria formada por partículas.


Leucipo Demócrito

1ª Teoria Atômica “moderna”: John

Dalton (1808)

Químico, Físico e Meteorologista inglês.

Ele “melhorou” o modelo de Leucipo e Demócrito.

Cada átomo seria uma partícula extremamentepequena (invisível), maciça, indivisível, esférica eindestrutível.

Modelo conhecido como “bola de bilhar”.

1822 – o italiano Amadeo Carlos Avogadrocompleta a teoria de Dalton introduzindo oconceito de molécula.


Os cinco Postulados de Dalton

Toda a matéria é composta de átomos;

Átomos são permanentes e indivisíveis e nãopodem ser criados nem destruídos.

Os átomos de um elemento são idênticos, mas sãodiferentes dos átomos de outro elemento.

Transformações químicas consistem decombinações, separação ou rearranjo de átomos.

Compostos químicos são formados de átomos dedois ou mais elementos em uma razão fixa.


O modelo de J.J. Thomson (1897)

O físico inglês J. J. Thomson por meio de

experimentos demonstrou que dentro dos

átomos existem partículas minúsculas, com carga

elétrica negativa, que foram chamadas de

elétrons.

Modelo “pudim de passas”: “o átomo deve ser

uma pasta positiva incrustada de elétrons.”


O modelo de J.J. Thomson (1897)


Modelo atômico de Ernest Rutherford


Modelo atômico de Ernest Rutherford


Os avanços de Rutherford

Em 1920, Rutherford determinou que no núcleo haviampartículas de cargas opostas aos elétrons e que eramresponsáveis por parte da massa do núcleo atômico. Ele aschamou de prótons.

Por outro lado, Rutherford havia observado que apenas cercada metade da massa do núcleo se justificava pelos prótons.Sugeriu a existência de partículas de carga zero e de massasemelhante à do próton no núcleo atômico.

Em 1932, o cientista inglês J. Chadwick solucionou a questãosobre a massa extra verificada, ao bombardear berílio compartículas α e observar que eram emitidas partículas querealmente possuíam massa semelhante à dos prótons e queeram eletricamente neutras (não carregadas), os nêutrons.


Bohr e a Teoria Quântica (1913)

Alguns fatos tornavam a teoria de Rutherford

inconsistente. Pelo seu modelo, um átomo

contendo um núcleo pequeno de carga positiva

com elétrons orbitando ao seu redor é instável.

A Mecânica Newtoniana não explica!!!



• Os elétrons descrevem órbitas circulares

(camadas) bem definidas, ao redor do

núcleo, tendo cada órbita uma energia constante

e sendo maior, quanto mais afastado do núcleo

fora camada.

• Cada camada, orbital ou nivel de energia foram

denominadas K, L, M, N, O, P e Q.




Os Postulados de Bohr

A eletrosfera está dividida em camadas ou níveiseletrônicos, e os elétrons nessas camadasapresentam energia constante.

Em sua camada de origem a energia é constante,mas ele pode saltar para uma camada mais externa,sendo que, para tal, ele deve receber energiaexterna.

Um elétron que saltou para uma camada de maiorenergia fica instável e tende a voltar a sua camadade origem que havia ganho para o salto e emite umfóton.


Modelo Atômico de Sommerfeld (1916)

Ao pesquisar o átomo, Sommerfeld concluiu que

os elétrons de um mesmo nível, ocupam órbitas

de trajetórias diferentes (circulares e elípticas) a

que denominou de subníveis, que podem ser de

quatro tipos: s , p , d , f .


Modelo Atômico atual

É um modelo matemático-probabilístico que se baseia em cinco princípios:

i. Princípio da Incerteza de Heisenberg: é impossível determinar com

precisão a posição e a velocidade de um elétron em um instante de tempo.

ii. Princípio da Dualidade da Matéria de Louis de Broglie: o elétron

apresenta característica DUAL, ou seja, comporta-se como energia e

matéria, sendo portanto uma partícula-onda.

iii. Princípio do Orbital Schrodinger: existe uma região do espaço atômico

onde haveria maior probabilidade de encontrar o elétron, denominado de

orbital.

iv. Princípio da Exclusão de Wolfang Pauli: um átomo, dois elétrons não

podem apresentar o mesmo conjunto de números quânticos.

v. Princípio da Máxima Multiplicidade de Hund: durante a caracterização

dos elétrons de um átomo, o preenchimento de um mesmo subnível deve ser

feito de modo que tenhamos o maior número possível de elétrons isolados, ou

seja, desemparelhados.


Modelo Atômico atual

É um modelo muito complexo de ser estudado!!!


< Equação de Schrodinger >

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