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1 TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS 12 Transformações químicas são ações que resultam na formação de novas substâncias. Além da mudança de estado, as variações de cheiro, de cor, de densidade e de temperatura podem ser evidências de transformações químicas. Nelas podem acontecer explosão e liberação de gases. É possível confirmar a origem de novas substâncias comparando-se as características apresentadas por produtos e reagentes. Produto é a nova substância, enquanto reagente é a substância que lhe dá origem, ou seja, a substância inicial. Uma transformação química ocorre quando as substâncias iniciais se rompem e os átomos presentes se rearranjam e formam novas substâncias. A fumaça e o calor produzidos em uma fogueira são evidências de que ocorreu uma transformação. As moléculas de gás carbônico que são liberadas foram produzidas pela queima do carvão e pelo consumo de oxigênio do ar por meio da combustão. As transformações químicas diferenciam-se das transformações físicas pelo fato de que as transformações físicas apenas alteram estado e as substâncias continuam sendo as mesmas. Tipos de Transformações Químicas As mudanças em um material podem acontecer das seguintes formas: por junção de substâncias, por ação da luz, por ação do calor, por ação mecânica e por ação da corrente elétrica. Por Junção de Substâncias Esse tipo de transformação decorre da mistura de substâncias. Como exemplo, podemos citar a mistura de iodeto de potássio com nitrato de chumbo, o que resulta no produto iodeto de chumbo. Nessa transformação ocorre uma reação de dupla troca entre as espécies envolvidas e o aparecimento de um precipitado de cor amarela, na medida que se adiciona iodeto de potássio à solução de nitrato de chumbo. Por Ação da Luz Também chamada de fotólise, um exemplo de transformação química que acontece em virtude da iluminação é a fotossíntese. A ação de obter glicose através da luz do Sol é um processo que acontece a partir dos reagentes dióxido de carbono e água. Como produto, são obtidos oxigênio e matéria orgânica por uma reação de oxirredução. Por Ação do Calor Também chamada de termólise, o exemplo mais simples de transformação química por ação do calor que pode ser citado é o cozimento de alimentos. É através do calor do fogo que a maior parte dos alimentos são transformados e podem ser consumidos. Por Ação Mecânica A transformação química por ação mecânica é aquela que acontece quando há atrito entre as substâncias, tal como acender um fósforo. A reação química é desencadeada pelo atrito e ocorre a decomposição do clorato de potássio, presente na cabeça do fósforo, em cloreto de potássio e oxigênio. Por Ação da Corrente Elétrica A eletrólise é um exemplo de transformação química por ação de eletricidade, que resulta em uma reação de oxirredução. Nesse processo, materiais de grande importância econômica são produzidos e purificados. A eletrólise de uma solução de sulfato de cobre dá origem ao produto cobre após a ação da corrente elétrica. . ATIVIDADE 1- O que caracteriza uma transformação química? a) Mudança apenas no estado físico da substância. b) Rearranjo dos átomos formando novas substâncias. c) Alteração na densidade sem mudança na composição química. d) Variação de temperatura que não altera a composição química da substância. 2- Qual é o resultado da mistura de iodeto de potássio com nitrato de chumbo? a) Iodeto de chumbo. b) Nitrato de potássio. c) Oxigênio. d) Glicose. 3- O que é produzido durante a fotossíntese? a) Dióxido de carbono e água. b) Iodeto de potássio. c) Oxigênio e matéria orgânica. d) Nitrato de chumbo. 4- Se 2 moles de cobre são produzidos na eletrólise de uma solução de sulfato de cobre, quantos gramas de cobre foram produzidos? (Massa molar do cobre = 63,5 g/mol) a) 63,5 g b) 127 g c) 190,5 g d) 317,5 g 5- Quais são as evidências de que ocorreu uma transformação química? a) Mudança de estado físico. b) Alteração apenas na densidade da substância. c) Variação de temperatura, alteração de cor, formação de gases e explosão. d) Nenhuma das anteriores. CONSERVAÇÃO DE MASSA A Lei da Conservação de Massas, ou Lei de Lavoisier é uma lei da química que muitos conhecem por uma célebre frase dita pelo cientista conhecido como o pai da química, Antoine Lavoisier: “Na natureza nada se cria, nada se perde tudo se transforma”. Mas, antes de Lavoisier dizer essas palavras já existia uma antiga filosofia grega que postulava “nada vem do nada”. Essas duas frases por mais poéticas que sejam querem dizer a mesma coisa: a matéria não se cria espontaneamente. Essa informação não foi facilmente aceita porque alguns conceitos ainda não eram bem compreendidos, como por exemplo o fato e que gases possuíam peso. Ao queimar uma madeira, sua massa era reduzida mas não se considerava que a fumaça liberada (que era considerada apenas um gás) pudesse ter alguma massa. Tudo que vemos a nossa volta é formado por átomos esses átomos se ligam ou se agrupam para formar as mais variadas coisas, desde a cadeira em que você está sentado e que pode ver e tocar, até o ar que respira, que você não pode ver, mas sabe que está aí. Em um sistema fechado em que ocorre uma reação química, todos os átomos que estiveram ali no início da reação, estarão lá no final. Eles podem ter se reorganizado a fim de completar a reação, mas a massa total do meio permanece a mesma. Quando ferve-se um líquido, água por exemplo, o nível de líquido desce, mas isso não ocorre porque a água foi consumida, mas sim porque ela mudou de fase e virou vapor. Agora está misturada ao ar do ambiente, é por isso que a conservação de massa vale apenas para sistemas fechados. Para ajudar a compreender melhor como isso ocorre em qualquer sistema imagine um aquário. Esse aquário tem vários peixes, alimento suficiente para os peixes por um tempo, e é dotado de um tanque para fornecer oxigênio. Se esse aquário fosse completamente fechado e os peixes fosse deixados lá para crescer, se reproduzir e morrer, até que não houvesse mais suprimentos para eles. No final de todo esse tempo, a massa do sistema fechado permaneceria a mesma por não há saída de matéria e nenhuma matéria foi originada do nada no sistema. A lei da conservação de massas é utilizada no balanceamento de reações químicas. Todos os átomos presentes do lado esquerdo (reagentes) DEVEM estar do lado direito (produtos). Mesmo que eles tenham mudado de número de oxidação (nox), de estado físico ou tenham se espalhado para formar mais de uma espécie diferente. A quantidade de matéria total deve permanecer a mesma, já que nenhum átomo foi criado e nem consumido. Experimento da lei de Lavoisier Martins e Martins (1993)|2| destacam em seu trabalho que Lavoisier não criou a ideia da conservação de massa em reações químicas, contudo foi o primeiro a utilizá-la de forma contundente, principalmente contra a teoria do flogístico. Aliás, é fato que Lavoisier se destacava pelo seu grande rigor analítico, recolhendo e pesando tudo que utilizava ou produzia em seus experimentos. No Tratado elementar de Química, Lavoisier emprega o princípio da conservação de massa na explicação de diversos experimentos e observações realizadas por ele. Um desses experimentos consistiu na queima de fósforo em um recipiente fechado. O cientista francês descreve que, ao colocar 61 e ¼ de grãos de fósforo contra 162 polegadas cúbicas de gás oxigênio em uma combustão, apenas 23 e ¼ polegadas cúbicas de oxigênio remanesceram, indicando um consumo de 138 e ¾ de polegadas cúbicas do gás, algo convertido por Lavoisier como 69,375 grãos de gás oxigênio. Acerca do fósforo, o cientista conclui que 16 e ¼ de grãos de fósforo permaneceram no frasco, indicando um consumo de 45 grãos de fósforo durante a combustão. Daí, Lavoisier diz: ... 45 grãos de fósforo, neste experimento, uniram-se com 69,375 grãos de oxigênio e, como nenhum corpo dotado de massa consegue atravessar o vidro, nós podemos então concluir que a massa da substância resultante da combustão, na forma de flocosbrancos, deve ser igual à quantidade de fósforo e oxigênio utilizados, cuja quantidade é de 114,375 grãos. ATIVIDADE 1- Qual cientista é considerado o “pai” da Química Moderna devido ao seu trabalho com experimentos de calcinação de metais? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2- Em que ano Antoine Lavoisier realizou seus experimentos de calcinação de metais? a) 1975 b) 1773 c) 1775 d) 1975 3- Como Lavoisier formulou a Lei de Conservação da Massa? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4- Qual técnica experimental foi destacada no texto como utilizada por Lavoisier? a) Observação a olho nu b) Uso de telescópios c) Utilização de balanças com alta precisão d) Utilização de microscópios 5- Qual foi a principal contribuição de Mikhail Vasilyevich Lomonosov mencionada no texto? a) Descoberta da eletricidade b) Enunciação da lei da gravitação c) Invenção do microscópio d) Enunciação da lei de conservação da massa CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA Podemos definir matéria como sendo tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço. Toda matéria é formada por pequenas partículas, designadas átomos. Em 1808, se baseando em fatores experimentais, o cientista britânico John Dalton (1766-1844), formulou uma teoria, a chamada teoria atômica de Dalton que define: 1- Pequenas partículas esféricas, maciças e indivisíveis, nomeadas átomos, constituem a matéria. 2- Elemento químico é composto de um conjunto de átomos com as mesmas massas e tamanhos. 3- Elementos químicos diferentes indicam átomos com massas, tamanhos e propriedades diferentes. 4- Substâncias diferentes são resultantes da combinação de átomos de elementos diversos. 5- A origem de novas substâncias está relacionada ao rearranjo dos átomos, uma vez que eles não são criados e nem destruídos. São exemplos de matérias o ferro, a madeira, a água, e existem matérias que não podem ser vistas como é o caso do ar que respiramos. Através da matéria podemos dar origem a materiais (objetos). Exemplificando seria assim: com um pedaço de madeira o carpinteiro faz um móvel, o ferro é usado para fabricar ferramentas. Surge assim outra definição, a de corpo e objeto: Corpo é qualquer porção limitada de matéria e objeto, é aquilo que o corpo se transforma quando é trabalhado. ATIVIDADE 1- Divida-se em grupos e cada grupo receberá massa de modelar de diferentes cores, palitos de dente, etiquetas adesivas e canetas. Cada cor de massa de modelar representará um elemento químico diferente. Materiais: Massa de modelar de várias cores Palitos de dente Etiquetas adesivas pequenas ou papel e fita adesiva Canetas ou marcadores Vocês deverão: 1.Modelar Átomos: Escolham pelo menos três elementos químicos diferentes e modelem átomos representando cada um desses elementos. Lembrem-se de que os átomos de um mesmo elemento devem ser idênticos em tamanho. 2.Etiquetar os Átomos: Usem as etiquetas adesivas ou papel e fita para marcar cada átomo com o símbolo do elemento que ele representa. 3.Construir Moléculas: Com os átomos criados, formem moléculas de substâncias conhecidas, como água (H2O), dióxido de carbono (CO2), e metano (CH4). Usem os palitos de dente para conectar os átomos. 4.Apresentar as Moléculas: Com os átomos criados, formem moléculas de substâncias conhecidas, como água (H2O), dióxido de carbono (CO2), e metano (CH4). Usem os palitos de dente para conectar os átomos. 4.Apresentar as Moléculas: Preparem uma breve explicação sobre as moléculas que construíram, destacando o nome da substância, a fórmula química, e a importância dessa substância para o meio ambiente ou para os seres vivos e apresentem na data que deverá ser escolhida pelo professor. Lembretes Importantes: Trabalhem em equipe e distribuam as tarefas de forma equitativa. Utilizem este projeto para explorar a beleza e a complexidade da química que nos rodeia. Divirtam-se criando e aprendendo sobre o fascinante mundo dos átomos e moléculas! PROPRIEDADES DA MATÉRIA Matéria é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e possui massa. Porém, cada matéria pode apresentar uma ou mais características (propriedades da matéria) que são diferentes de outra matéria, como também pode apresentar características semelhantes. Quando misturamos óleo na água, ambos no estado líquido, percebemos rapidamente que um não se dissolve no outro e posiciona-se de forma diferente no recipiente. Essa simples mistura é suficiente para visualizarmos diversas propriedades da matéria, como a solubilidade (por não se dissolverem) e a densidade (por se posicionarem de forma diferente). De uma forma geral, as propriedades da matéria estão divididas em dois grupos, as gerais e as específicas, todas exploradas a seguir: Propriedades gerais da matéria São as características que toda matéria apresenta, independentemente do seu estado físico (sólido, líquido ou gasoso). Inércia Uma matéria sempre apresenta a tendência de manter o seu estado, seja de repouso, seja de movimento, a não ser que uma força externa influencie. Massa Fisicamente, massa é uma grandeza que indica a medida da inércia ou da resistência de um corpo de ter seu movimento acelerado. Porém, podemos, de uma forma geral, associar a massa à quantidade de partículas existentes em uma matéria. Volume É o espaço que uma matéria ocupa independentemente do seu estado físico. Impenetrabilidade Duas matérias não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo. Para enchermos uma garrafa com água, por exemplo, o ar tem que sair dela. Compressibilidade É a característica que a matéria apresenta de diminuir o espaço que estava ocupando quando submetida a uma força externa. Isso pode ser visto quando tampamos a ponta de uma seringa e empurramos o gás em seu interior com o êmbolo. Elasticidade É a característica que uma matéria tem de voltar à sua forma original quando uma força externa a estica ou comprime. Divisibilidade É a capacidade que a matéria possui de ser dividida inúmeras vezes sem deixar de ser o que ela é, isto é, não há modificação de sua composição química. https://brasilescola.uol.com.br/quimica/propriedades-materia.htm ATIVIDADE 1- Qual das seguintes opções não é considerada uma propriedade geral da matéria? a) Massa b) Dureza c) Volume d) Inércia 2- Qual propriedade da matéria é definida pela resistência que um objeto oferece ao ter seu estado de repouso ou movimento uniforme alterado? a) Massa b) Elasticidade c) Inércia d) Impenetrabilidade 3- Qual destas é uma propriedade específica da matéria? a) Massa b) Volume c) Densidade d) Inércia 4- Explique a diferença entre massa e peso. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 5- Descreva o que é densidade e como ela pode ser calculada. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DA MATÉRIA São características próprias de cada matéria, ou seja, se uma matéria apresenta, não quer dizer que outra também apresentará a mesma característica. a) Propriedades organolépticas É a característica que a matéria apresenta de estimular pelo menos um dos cinco sentidos. Veja alguns exemplos: Paladar: quando ingerimos cloreto de sódio, sentimos o sabor salgado; Audição: o som produzido pelo bife sendo frito em uma panela; Tato: quando passamos uma toalha no rosto e sentimos que ela é áspera; Visão: luz percebida a partir da explosão de fogos de artifício; Olfato: o aroma liberado quando descascamos uma mexerica. b) Propriedades funcionais É a característica que algumas substâncias apresentam dedesempenhar um mesmo papel (função) ou promover uma mesma sensação. Veja alguns exemplos: Ácidos Toda substância classificada como ácida apresenta sabor azedo (quando ingerida) e é capaz de sofrer o fenômeno da ionização (produzir íons). Bases Toda substância classificada como básica promove a sensação de adstringência (sensação de secura e aperto na boca quando ingerida) e é capaz de sofrer o fenômeno da dissociação (liberar íons) em água. Sais Toda substância classificada como salina possui sabor salgado (quando ingerida) e é capaz de sofrer o fenômeno da dissociação (liberar íons) em água. c) Propriedades químicas É a característica que uma matéria apresenta de se transformar em outra, em um processo denominado de fenômeno químico. Muitas vezes um fenômeno químico só ocorre quando a matéria é submetida a determinadas condições (temperatura, catalisadores, eletrólise etc.). Uma matéria só se transforma em outra quando apresentam uma caraterística química em comum, principalmente átomos de elementos químicos em comum. Se queremos produzir iogurte, é preciso utilizar leite, e não suco de uva, por exemplo. Outro exemplo clássico de fenômeno químico é a formação da água. Nesse processo, submetemos os gases oxigênio (O2) e hidrogênio (H2) a altas pressões e temperaturas, sendo o resultado a produção de uma substância completamente diferente, a água. Isso não é possível quando reagimos os gases cloro (Cl2) e hidrogênio (H2). Nesse caso, o resultado é a formação de ácido clorídrico (HCl). d) Propriedades físicas São características da matéria determinadas de forma experimental. Solubilidade É a característica que uma determinada matéria apresenta de dissolver outra. A água, por exemplo, tem a capacidade de dissolver o cloreto de sódio (sal de cozinha). Vale ressaltar que a quantidade de soluto, solvente e a temperatura são fatores que influenciam a solubilidade. Um exemplo da influência da temperatura, quantidade de soluto e solvente está descrito na tabela a seguir: Na tabela, podemos observar que, se tivermos 100 mL de água, a 10oC, dissolveremos 190,5 g de sacarose. Agora, se essa mesma quantidade de água estiver a 50 oC, a quantidade de sacarose que poderá ser dissolvida é de 260,4 g. Densidade (d) É a relação entre a massa (m) da matéria e o espaço (volume) que ela ocupa. Ela é calculada por meio da seguinte expressão: d = m V Ponto de fusão (PF) É a temperatura que indica quando uma matéria deixa de ser sólida e passa a ser totalmente líquida. O ferro, por exemplo, deixa de ser sólido e passa a ser líquido a 1535 oC. Ponto de ebulição (PE) É a temperatura que indica quando uma matéria deixa de ser líquida e passa a ser totalmente gasosa. O metal mercúrio, por exemplo, deixa de ser líquido e passa a ser gasoso a 356,9 oC. Tenacidade É a capacidade que uma matéria tem de resistir ao impacto com outra matéria. Quando uma pedra é arremessada no vidro, este se quebra, ou seja, a pedra é mais tenaz que o vidro. Dureza É a capacidade que uma matéria apresenta de riscar outra. Um exemplo é quando uma pedra arranha o vidro de uma janela, ou seja, a pedra é mais dura que o vidro. ATIVIDADE 1- Marque V para verdadeiro e F para falso: a) ( ) Propriedades funcionais são características que estimulam os sentidos. b) ( ) Ácidos, bases e sais são exemplos de propriedades químicas. c) ( ) A solubilidade é influenciada pela quantidade de soluto, solvente e temperatura. d) ( ) O ponto de ebulição indica quando uma substância deixa de ser líquida e torna-se gasosa. e) ( ) Tenacidade é a capacidade de uma matéria resistir ao impacto com outra. 2- Explique o que são propriedades organolépticas e forneça três exemplos. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 3- Defina solubilidade e explique como a temperatura influencia a capacidade de dissolução de uma substância. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4- Explique o que é ponto de fusão e como ele difere do ponto de ebulição. Dê um exemplo. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 5- (ENEM - 2017) A bauxita, composta por cerca de 50% de Al2O3, é o mais importante minério de alumínio. As seguintes etapas são necessárias para a obtenção de alumínio metálico: 1. A dissolução do AI2O3 (s) é realizada em solução de NaOH (aq) a 175 “C, levando à formação da espécie solúvel NaAI(OH)4 (aq). 2. Com o resfriamento da parte solúvel, ocorre a precipitação do AI(OH)3 (s). 3. Quando o AI(OH)3 (s) é aquecido a 1 050 “C, ele se decompõe em Al2O3 (s) e H2O. 4. Al2O3 (s) é transferido para uma cuba eletrolítica e fundido em alta temperatura com auxílio de um fundente. 5. Através da passagem de corrente elétrica entre os eletrodos da cuba eletrolítica, obtém-se o alumínio reduzido no cátodo. As etapas 1, 3 e 5 referem-se, respectivamente, a fenômenos: a) Químico, físico e físico. b) Físico, físico e químico. c) Físico, químico e físico. d) Químico, físico e químico. e) Químico, químico e químico. 6- Qual é a relação na expressão da densidade (d = m/V)? a) Massa vezes volume b) Massa dividida por volume c) Volume menos massa d) Volume multiplicado por massa MUDANÇAS DE ESTADOS FÍSICOS Os processos físicos de passagem de um estado de agregação para outro são diversos. São eles: Fusão: passagem do estado sólido para o estado líquido. Vaporização: passagem do estado líquido para o estado gasoso. Pode ocorrer de três formas: evaporação, ebulição ou calefação. Condensação: passagem do estado gasoso para o estado líquido. Também chamado de liquefação. Solidificação: passagem do estado líquido para o estado sólido. Sublimação: passagem direta do estado sólido para o estado gasoso, sem passar pelo estado líquido. Ressublimação/Deposição: passagem direta do estado gasoso para o estado sólido, sem passar pelo estado líquido. As mudanças de estado físico da matéria estão intimamente ligadas às forças de interação, que podem ter natureza metálica, iônica ou molecular. Os valores de temperatura de mudança de estado físico, principalmente fusão e ebulição, são comumente tabelados e utilizados para identificar substâncias diversas. Contudo, alguns fatores também afetam esse valor final, como a pressão e a composição química da substância. Entenda melhor obre os fatores que influenciam as mudanças de estado físico da matéria a seguir. Quando uma substância está mudando de estado físico, ela está mudando o seu estado de agregação. Os sólidos possuem interações mais intensas e são mais compactos, ao passo que os gases possuem pouquíssimas interações e baixíssimo estado de agregação. Os líquidos, no meio dos dois estados, possuem comportamento intermediário no que diz respeito às interações e à compactação das partículas. É por isso que os gases são completamente expansíveis e podem ser comprimidos, enquanto os sólidos possuem forma e volume bem definidos. Para que ocorra a fusão, ou seja, a passagem do sólido para o líquido, a matéria deve romper interações e, para tal, necessita de energia, ou seja, a matéria deve absorver energia nesse processo. Tal energia é absorvida na forma de calor, mais especificamente o calor latente. Quanto mais intensas forem as interações entre os constituintes do sólido, mais energia será necessária para o rompimento delas e, consequentemente, maior será a temperatura de fusão. O mesmo ocorre quando avaliamos a vaporização(ebulição): se as interações entre as partículas do líquido forem muito intensas, a temperatura de ebulição será elevada, pois haverá necessidade de maior energia para o rompimento delas. A seguir, as temperaturas de fusão e ebulição de algumas substâncias, bem como a sua natureza. Importante: Em geral, as interações entre átomos metálicos são mais intensas que as realizadas por íons, seguido pelas interações realizadas entre moléculas. → Pressão A pressão é um importante fator quando falamos de mudanças de estado físico. Em geral, as tabelas apresentadas estão padronizadas com pressão em nível do mar (1 atm de pressão). Mesmo abaixo da sua temperatura de ebulição, uma parte das partículas do líquido passa para o estado gasoso. Essas partículas gasosas exercem pressão sobre a superfície do líquido, um fenômeno conhecido como pressão de vapor. Quando a pressão de vapor se iguala à pressão atmosférica, o líquido entra em ebulição. Em altitudes maiores, a pressão atmosférica é menor e, por isso, os líquidos entram em ebulição em uma menor temperatura. No ponto mais alto do planeta, o monte Everest (8848 metros de altitude), a água entra em ebulição próximo dos 68 °C. Sendo menos compressíveis que os gases, a influência da pressão em líquidos e sólidos, no que diz respeito à fusão/ solidificação, é menor, mas ela existe. Em geral, os sólidos são mais densos que o líquido (ocupam um menor volume), já que são mais compactos. Quando se aumenta a pressão, as partículas se aproximam, o que facilita a solidificação, mas dificulta a fusão, exigindo desta mais energia para ocorrer. Assim sendo, o aumento da pressão aumenta a temperatura de fusão. Uma excessão é a água, cujo estado sólido (gelo) é menos denso que o líquido. Dessa forma, a avaliação é ao contrário: um aumento da pressão favorece a fusão, já que a forma líquida é a mais compacta. → Composição química Substâncias puras (aqueles sistemas em que só há uma única substância) mantêm sua temperatura de mudança de estado físico constante, ou seja, durante uma fusão ou uma condensação, por exemplo, a temperatura não se altera se a substância for pura. Contudo, quando estamos diante de uma mistura, formada por substâncias puras de diferentes temperaturas de mudança de estado físico, o comportamento já não é o mesmo, de modo que as misturas variam sua temperatura durante uma mudança de estado físico. Isso porque a taxa de mudança de estado não é igual para todos os componentes da mistura. Por exemplo, imaginemos a mistura água e álcool etílico (etanol). O ponto de solidificação da água é igual a 0 °C, enquanto do álcool etílico é de -119 °C. Quanto mais água no sistema, mais próximo de 0 °C será o ponto de solidificação, já quanto mais etanol, mais próximo o ponto será de -119 °C. Conforme se congela uma mistura de ambos, percebe-se que a mistura vai se concentrando em etanol, pois a água, por ter maior ponto de solidificação, congela se antes. A cada instante que se passa, a composição se altera (com menos água e mais etanol), mudando a temperatura de solidificação, e assim até que haja congelamento total da amostra. Por isso, não há como a temperatura se manter constante durante a mudança de estado físico de uma mistura. Conforme se congela uma mistura de ambos, percebe-se que a mistura vai se concentrando em etanol, pois a água, por ter maior ponto de solidificação, congela se antes. A cada instante que se passa, a composição se altera (com menos água e mais etanol), mudando a temperatura de solidificação, e assim até que haja congelamento total da amostra. Por isso, não há como a temperatura se manter constante durante a mudança de estado físico de uma mistura. https://brasilescola.uol.com.br/quimica/como-ocorrem-mudancas-estado-fisico-materia.htm ATIVIDADE 1- (ENEM - 2023) Em uma indústria alimentícia, para produção de doce de leite, utiliza-se um tacho de parede oca com uma entrada para vapor de água a 120 °C e uma saída para água líquida em equilíbrio com o vapor a 100 °C. Ao passar pela parte oca do tacho, o vapor de água transforma-se em líquido, liberando energia. A parede transfere essa energia para o interior do tacho, resultando na evaporação de água e consequente concentração do produto. No processo de concentração do produto, é utilizada energia proveniente a) somente do calor latente de vaporização. b) somente do calor latente de condensação. c) do calor sensível e do calor latente de vaporização. d) do calor sensível e do calor latente de condensação. e) do calor latente de condensação e do calor latente de vaporização. 2- (ENEM - 2010) Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100 oC. Tendo por base essa informação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência: • Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão de sua casa. • Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosamente a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quantidade de água para seu interior, tapando-a em seguida. • Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um pequeno deslocamento do êmbolo. Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque esse deslocamento a) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da seringa. b) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na seringa. c) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição da água. d) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água. e) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua ebulição. 3- Explique o que acontece nas partículas de uma substância durante o processo de fusão. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4- Descreva como a pressão atmosférica influencia o ponto de ebulição de uma substância. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 5- Compare os processos de evaporação e ebulição em termos de temperatura e localização na substância. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 6- Explique por que a água é um caso especial quando se trata de mudanças de estado físico. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ CLASSIFICAÇÃO DAS MISTURAS A grande maioria dos materiais encontrados na natureza, em nossa sociedade e em nosso corpo não são substâncias puras, mas, na verdade, misturas de duas ou mais substâncias. Apesar de nos referirmos, na maioria das vezes, à água mineral apenas como “água”, na realidade, ela não possui apenas a substância pura H2O, porque ela é o resultado de um processo no qual a água da chuva penetra no solo e passa por várias rochas. Assim, como o próprio nome indica, além de água, ela também possui vários minerais dissolvidos. Se você tiver curiosidade para conferir o rótulo de alguma água mineral, verá que ela possui em sua composição química sulfatos de estrôncio, de cálcio, de sódio, de potássio, bicarbonato de sódio, fluoreto de sódio, entre outros. → Misturas são materiais cujas propriedades físicas não são constantes, mas variam em uma determinada temperatura e pressão. Assim, bastamedir as propriedades físicas, como os pontos de fusão e ebulição e a densidade. Caso se apresentem constantes e bem definidas, trata-se de uma substância pura (no caso da água destilada, em 4ºC, a sua densidade é de 1,0 g/cm3 e, ao nível do mar, os pontos de fusão e ebulição são de 0ºC e 100ºC, respectivamente). Assim, basta medir as propriedades físicas, como os pontos de fusão e ebulição e a densidade. Caso se apresentem constantes e bem definidas, trata-se de uma substância pura (no caso da água destilada, em 4ºC, a sua densidade é de 1,0 g/cm3 e, ao nível do mar, os pontos de fusão e ebulição são de 0ºC e 100ºC, respectivamente). " No entanto, se forem apresentadas variações, trata-se de uma mistura. Se você aquecer a mistura de água com sal para verificar o ponto de ebulição, verá que, durante a mudança do estado líquido para o gasoso, a temperatura não permanece constante, como acontece com a água destilada, que se mantém em 100 ºC até que todo líquido vire vapor. Agora, existem misturas que nem é preciso determinar suas propriedades físicas para sabermos que são misturas, basta olharmos, como é o caso da mistura a seguir de água e óleo: Isso indica que existem tipos diferentes de misturas, que podem ser classificadas em homogêneas e heterogêneas. Veja cada uma: Misturas Homogêneas: São aquelas que apresentam um aspecto uniforme, com uma única fase (monofásica). Exemplos: soro fisiológico (0,9 g de cloreto de sódio em 100 mL de água); salmoura (36 g de sais, como o cloreto de sódio, cloreto de magnésio, iodato de potássio, antiumectantes e 100 mL de água); álcool hidratado (etanol e água); ar (78% de gás nitrogênio, 20% de gás oxigênio, 2% de outros gases e vapor de água); aço (liga metálica formada por 98,5% de ferro e 1, 5% de carbono). Os exemplos acima mostram que as misturas homogêneas podem estar no estado sólido, líquido ou gasoso. Essas misturas homogêneas são chamadas de soluções e elas não podem ser separadas por métodos físicos, mas apenas por técnicas químicas. Para separar o álcool da água, por exemplo, é necessário realizar um processo de destilação, pois uma centrifugação ou filtração não adiantariam. Além disso, é importante ressaltar que elas devem ser homogêneas até mesmo ao olhar em um ultramicroscópio. A olho nu, o leite e o sangue, por exemplo, podem parecer homogêneos, mas no ultramicroscópio vemos que, na verdade, são heterogêneos. Misturas Heterogêneas: São aquelas que apresentam mais de uma fase. Exemplos: água e óleo, água e areia, gelo e água, granito, água e ferro, sal não dissolvido na água etc. Os componentes das misturas heterogêneas aparecem, na maioria dos casos, em estados físicos diferentes e podem ser separados por métodos físicos. Um exemplo ocorre quando fazemos café e filtramos o sólido, separando-o do líquido. Mas isso não ocorre sempre, como é mostrado no caso do óleo e da água, que, apesar de serem ambos líquidos, não se dissolvem, em razão ds diferentes polaridades de suas moléculas. https://brasilescola.uol.com.br/quimica/tipos-misturas.htm ATIVIDADE 1- Qual é o critério principal utilizado para classificar as misturas? a) Cor b) Estado físico c) Composição d) Odor 2- Em uma mistura homogênea, como se distribuem as substâncias componentes? a) De forma desigual b) De forma uniforme c) Separadas por camadas d) Em fases distintas 3- Qual é o termo utilizado para misturas em que as substâncias componentes não podem ser distinguidas a olho nu? a) Homogêneas b) Heterogêneas c) Compostas d) Elementares 4- Uma mistura de água e óleo é considerada: a) Homogênea b) Heterogênea c) Composta d) Pura 5- Como se chama a técnica utilizada para separar os componentes de uma mistura através da diferença de pontos de ebulição? 5- Como se chama a técnica utilizada para separar os componentes de uma mistura através da diferença de pontos de ebulição? a) Filtração b) Decantação c) Destilação d) Centrifugação SEPARAÇÃO DAS MISTURAS Separação de misturas é o processo utilizado para separar duas ou mais substâncias e isolar o componente de interesse. Lembre-se que mistura é a combinação de duas ou mais substâncias, e ela pode ser homogênea ou heterogênea. A necessidade de separar essas substâncias surge por diversos motivos. São exemplos, a separação da água do mar para obter sal, a separação de poluentes no tratamento da água e a própria separação de lixo. Processos de separação de misturas O processo de separação pode ocorrer de várias formas e o método a ser utilizado depende dos seguintes aspectos: Tipo de mistura: homogênea ou heterogênea; Natureza das substâncias que formam as misturas; Densidade, temperatura e solubilidade dos componentes da mistura. Separação de misturas homogêneas As misturas homogêneas são aquelas que têm apenas uma fase. Os principais processos de separação dessas misturas são: Destilação simples A destilação simples é a separação entre substâncias sólidas dissolvidas em substâncias líquidas através de seus pontos de ebulição. Exemplo: a mistura água com sal submetida à temperatura de ebulição da água (100 ºC) evapora este componente com menor ponto de ebulição, sobrando apenas o sal. Destilação fracionada A destilação fracionada é a separação entre substâncias líquidas miscíveis através da temperatura de ebulição (TE). Para que esse processo seja possível, os líquidos são separados por partes, iniciando com os de menor ponto de ebulição até que obtenha o líquido que tem o maior ponto de ebulição. Exemplo: separar água (TE 100 ºC) de acetona (TE 58 ºC). Vaporização A vaporização, cujo tipo mais conhecido é a evaporação, consiste em aquecer a mistura sólido-líquido até o líquido passar para o estado gasoso, separando-se do soluto na forma sólida. Nesse caso, o componente líquido é separado lentamente. Exemplo: processo para obtenção de sal marinho a partir da água do mar. Liquefação fracionada A liquefação fracionada é realizada através de equipamento específico, no qual a mistura de gases é resfriada ou se eleva a pressão do sistema até um dos componentes tornar-se líquido. Após isso, passa-se pela destilação fracionada e a separação ocorre conforme o ponto de ebulição. Exemplo: separação dos componentes do ar atmosférico. Separação de misturas heterogêneas As misturas heterogêneas são aquelas que têm pelo menos duas fases. Os principais processos de separação são: Centrifugação A centrifugação ocorre através da força centrífuga, a qual separa o componente mais denso do que é menos denso pela rotação do equipamento em alta velocidade. Exemplo: centrifugação no processo de lavagem de roupas, a qual separa a água das peças de vestuário. Filtração A filtração é a separação entre substâncias sólidas insolúveis em uma fase líquida ou gasosa ao fazer a mistura a passar por um filtro. Exemplo: fazer café utilizando coador. Para obter a bebida, ela é coada separando o pó do líquido. Decantação A decantação é a separação entre substâncias que apresentam densidades diferentes. Ela pode ser realizar entre líquido- sólido e líquido-líquido imiscíveis. Pela ação da gravidade, o componente mais denso fica na parte inferior, ou seja, o sólido ficará depositado no fundo do recipiente. Para esse processo, é utilizado o funil de decantação. Exemplo: separação de água e areia ou separar água de um líquido menos denso, como o óleo. Dissolução fracionada A dissolução fracionada é usada para separação de substâncias sólidas ou sólidas e líquidas. Ela é utilizada quando há na mistura alguma substância solúvel em solventes, como a água, que é adicionado para promover a separação. Após o método de dissolução, a mistura deve passar por outro método de separação, como a filtração ou destilação. Exemplo: separação de areia e sal cloreto de sódio (NaCl). A adição de água faz com que o sal solubilize e, assim, a areia seja separada da mistura. Separação magnética A separação magnética é a separação de metal de outras substâncias sólidas mediante o uso de ímã. Exemplo: separar limalha de ferro (metal) deenxofre em pó ou areia. Ventilação A ventilação é a separação de substâncias com densidades diferentes utilizando a força de uma corrente de ar. Exemplo: separação de cascas de arroz, amendoim ou cereais, que são mais leves, e que vêm misturadas antes de prepará-los. Levigação A levigação é a separação entre substância sólidas mediante a passagem de água pela mistura. É o processo utilizado pelos garimpeiros e que é possível graças à densidade diferente das substâncias. Exemplo: o ouro separa da areia na água porque o metal é mais denso do que a areia. Catação A catação é um método simples de separação de misturas. Trata-se de uma operação manual, separando partes sólidas de tamanhos diferentes. Exemplo: separação dos materiais do lixo ou separação de sujeiras de grãos de feijão. https:// www.todamateria.com.br/separacao-de-misturas/ ATIVIDADE 1- (ENEM - 2022) A água bruta coletada de mananciais apresenta alto índice de sólidos suspensos, o que a deixa com um aspecto turvo. Para se obter uma água límpida e potável, ela deve passar por um processo de purificação numa estação de tratamento de água. Nesse processo, as principais etapas são, nesta ordem: coagulação, decantação, filtração, desinfecção e fluoretação. Qual é a etapa de retirada de grande parte desses sólidos? a) Coagulação. b) Decantação. c) Filtração. d) Desinfecção. e) Fluoretação. 2- (UNICAMP - 2022) O Purificador de Água P>M (anteriormente conhecido como PUR) é um pacote único de pó que usa as mesmas técnicas, princípios e produtos químicos usados no tratamento de água numa estação convencional. Um sachê do produto trata, em 30 minutos de ação, 10 litros de água, sendo que a água tratada contém cloro livre de resíduos, o qual serve para proteger contra recontaminação. A tecnologia P>M de purificação de água em ação é mostrada na figura a seguir. O pacote contém: Ca(OCl)₂, KMnO₄, Fe₂(SO₄)₃, poliacrilamida aniônica de alto peso molecular e argila bentonítica. Levando em conta as informações dadas, pode-se concluir que o produto é capaz de tratar a água, pois contém agentes a) antimicrobiano, oxidante, floculante e adsorvente. b) microbiano, oxidante, floculante e adsorvente. c) antimicrobiano, redutor, coagulante, floculante. d) microbiano, redutor, coagulante, floculante. 3- Marque V para verdadeiras, F para falsas e em seguida corrijas as alternativas que forem falsas: a) ( ) A água potável é considerada uma substância pura. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ b) ( ) A filtragem é uma técnica de separação utilizada para misturas homogêneas. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ c) ( ) A destilação é uma técnica eficaz para separar uma mistura de água e sal. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ d) ( ) A centrifugação é uma técnica de separação utilizada para sólidos dissolvidos em líquidos. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ e) ( ) A decantação é uma técnica de separação adequada para misturas heterogêneas de líquidos imiscíveis. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ f) ( ) O ar atmosférico é uma mistura homogênea. ___________________________________________________________________ OS FÍSICOS E QUÍMICOS Em um fenômeno físico a substância mantém a sua identidade, pois a mudança ocorre apenas em seu formato. O fenômeno químico é caracterizado pela formação de uma nova substância, ou seja, a natureza da matéria é modificada. Por exemplo, o derretimento do gelo é um fenômeno físico, pois embora tenha mudado de estado a matéria continua sendo água. A queima da madeira é um fenômeno químico, que ocorre por meio de uma reação de combustão enquanto a madeira (combustível) inflama. Portanto, podemos distinguir um fenômeno químico de um fenômeno físico basicamente pela composição. Se após a mudança o material continuar com a mesma composição, então o fenômeno é físico. Caso uma nova substância seja formada, temos um fenômeno químico. Fenômenos físicos Os fenômenos físicos estão relacionados com o aspecto do material. Embora não alterem a identidade, ferver, derreter, congelar e triturar, por exemplo, podem provocar uma transformação no material. Exemplos de fenômenos físicos Derretimento de um cubo de gelo Ebulição da água Sublimação da naftalina Evaporação da acetona Fundição de um metal Dissolução do açúcar em água Quebrar uma pedra Amassar um papel Quebrar um copo de vidro Fenômenos químicos Um fenômeno químico promove uma mudança química em um material por causa das reações químicas. Isso acontece porque se separam as substâncias que o constituíam inicialmente e um rearranjo dos átomos faz com que se produza novas substâncias. Por exemplo, o gás de cozinha queima por causa de uma reação de combustão e um prego enferruja pela reação de oxidação do ferro. Exemplos: Apodrecimento de uma fruta Surgimento de ferrugem em um prego Cozimento de um alimento Queima de um combustível (gasolina, madeira, gás de cozinha) Caramelização do açúcar Crescimento de um bolo Digestão dos alimentos Fogos de artifício Efervescência de um comprimido Transformação de vinho em vinagre Decomposição de alimentos no lixo Basicamente, podemos diferenciar os dois tipos de transformações ao constatar a formação de uma nova substância. Caso um novo material tenha sido formado isso indica que ocorreu um fenômeno químico. As reações químicas, geralmente, são identificadas quando ocorre Mudança de temperatura Liberação de gases Liberação de odor Mudança de coloração Produção de som Emissão de luz Formação de um sólido no fundo de um recipiente com líquido Além disso, um fenômeno químico só pode vir a ser desfeito através de uma nova reação química. Quando ocorre uma mudança na aparência, como tamanho, forma e cor, mas a identidade da matéria continua a mesma observamos um fenômeno físico. Portanto, em um fenômeno físico as substâncias podem ser misturadas, mas não reagem entre si. ATIVIDADE 1- Explique a diferença entre fenômeno físico e fenômeno químico. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2- Explique por que a queima da madeira é considerada um fenômeno químico. ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 3- Por que as reações químicas são geralmente identificadas por indicadores como mudança de temperatura, liberação de gases e mudança de coloração? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4- Qual é um exemplo de fenômeno físico? a) Digestão dos alimentos b) Quebrar uma pedra c) Fogos de artifício d) Caramelização do açúcar 5- O que acontece em um fenômeno químico? a) Mudança no formato da substância b) Rearranjo dos átomos e formação de novas substâncias c) Derretimento de um metal d) Quebra de um copo de vidro