Química Propriedades da Matéria Prof. Sales

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PROPRIEDADES GERAIS

As propriedades gerais são aquelas comuns a todas as espécies de matéria, em que se destacam:

Impenetrabilidade

A impenetrabilidade garante que duas porções de matéria não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.

Exemplo ilustrativo:

Observação:

Os componentes do suco e o açúcar (sacarose) não sofreram fenômeno químico, logo as propriedades de cada material, isoladamente, foram preservadas; as partículas de açúcar não penetram nas partículas do suco, ocupando, assim, um espaço distinto.

Divisibilidade

A divisibilidade garante que a matéria pode ser dividida inúmeras vezes sem alterar suas características, desde que não ocorra nenhum fenômeno químico.


Observação:

O licor, constituído de vários componentes, inclusive álcool etílico, pode ser dividido sucessivas vezes, mantendo as propriedades iniciais.

Compressibilidade

A compressibilidade garante que o volume ocupado por certa porção de substância na fase gasosa pode diminuir se ela for submetida à ação de forças externas.


Elasticidade

A elasticidade garante que se um material for esticado ou comprimido pela ação de forças externas, sem que suas estruturas sejam rompidas, ele voltará a sua forma original assim que essa força deixar de agir.


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Observação:

A elasticidade depende do material.

Inércia

A inércia garante que os materiais tendem a se manter em repouso ou em movimento até que uma força atue sobre eles modificando a situação original.

Exemplo: O choque de um veículo, com passageiros, em movimento.

Observação:

A quantidade força que atua sobre o material depende da massa desse.

PROPRIEDADES ESPECÍFICAS

As propriedades específicas são as características próprias de cada material, sendo estas divididas em:

Organolépticas

Propriedades que impressionam pelo menos um órgão dos sentidos, sendo estas dependentes das condições de temperatura e pressão ambiente.

Visão – A cor dos materiais depende da presença de luz.

Brilho reflete a luz

Baça não reflete a luz

Olfato – O odor ou cheiro dos materiais.

Inodoros não possuem cheiro (ex.: água, oxigênio, etc.)

Odoríferos possuem cheiro (ex.: gás sulfídrico, amônia, etc.)

Paladar – O sabor de certos materiais.

Doce açúcar

Salgado sais

Azedo ácidos

Amargo quinino

Adstringente bases

Observação:

Os flavorizantes são substâncias que apresentam sabor e aroma característicos, geralmente agradáveis.

Tato – O grau de compactação de um sólido ou a maneira como as partículas desse sólido se arrumou na superfície,

determinando se o material se apresenta em forma de pó, em pequenos grãos, ou em blocos, e ainda se sua superfície é lisa, rugosa ou áspera.


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Audição – O som que acompanha determinados fenômenos físicos e químicos dos materiais.

Exemplos:

- Efervescência de um comprimido.

- Folha de papel sendo amassada.

Funcionais

São aquelas apresentadas por determinados grupos de materiais, identificadas por desempenharem alguma função em comum.

Acidez vinagre, limão, etc.

Basicidade soda cáustica, sabão, etc.

Salinidade sal de cozinha

Químicas

São as propriedades que determinam o tipo de fenômeno químico que cada material específico é capaz de sofrer.

Reações químicas – ex.: neutralização, precipitação, etc.

Reações nucleares – radioatividade

Físicas

São certos valores encontrados experimentalmente no comportamento de cada material quando submetido a determinadas condições de temperatura e pressão.

Densidade ou massa específica – d

V

md Unidade: g/cm

3

Tabela 01 – Densidade de alguns materiais em função

da temperatura (ºC)

MATERIAIS DENSIDADE

(g/cm3)

TEMPERATURA

(ºC)

Água

Benzeno

Álcool etílico

Cloreto de sódio

Mercúrio

1,00

0,879

0,789

2,163

13,546

4

20

20

20

20

Ponto de fusão e ebulição – p.f. e p.e.

O ponto de fusão corresponde à temperatura em que uma substância na fase sólida passa à fase líquida e o ponto de ebulição à temperatura em que uma substância na fase líquida passa à fase líquida.


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Tabela 02 – Ponto de fusão e ebulição de alguns materiais.

MATERIAIS PONTO DE FUSÃO (ºC)

PONTO DE EBULIÇÃO (ºC)

Água

Benzeno

Álcool etílico

Cloreto de sódio

Mercúrio

0

5,5

-112

800,4

-38,87

100

80,1

78,4

1413

256,9

Coeficiente de Solubilidade – CS

É a quantidade máxima dissolvida de uma substância (soluto) a uma dada temperatura, em uma quantidade de padrão de solvente (geralmente 100 g).

Tabela 03 – Solubilidade da sacarose em água

em função da temperatura.

TEMPERATURA

(ºC)

SOLUBILIDADE

(g/100g H2O)

0

20

40

60

80

100

179,2

203,9

238,1

287,3

362,1

487,2

Calor específico – c

É a quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de 1 g de uma substância.

Unidade: Caloria – cal

Observação: As propriedades físicas são utilizadas como critério de pureza de um material.

Questões de Aprendizado

Questão 01 – O ar é uma matéria gasosa; não tem cor, cheiro, sabor, forma e nem tamanho definido. Mas, será que ele

existe mesmo? Como você provaria a existência do ar? Questão 02 - Durante algumas experiências, quando se tapou a abertura da seringa, onde a agulha se encaixa, se empurrou

o êmbolo e percebeu-se que ele não foi até o fim do cilindro. Isso aconteceu por quê? Questão 03 - Quer-se distinguir uma amostra de p-clorofenol de uma de o-nitrofenol, ambos sólidos.

Determinou-se o ponto de fusão de cada amostra, utilizando um termômetro que permite a leitura da temperatura com incerteza de ±1ºC. Foi possível, com esta medida experimental, distinguir essas amostras? Explique.


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SUBSTÂNCIAS E MISTURAS

Substância ou espécie química

Uma substância é um material que possui todas as propriedades definidas e bem determinadas.

Observações:

Cada substância é identificada por um conjunto de propriedades físicas, químicas, organolépticas e funcionais próprias.

Não existem duas substâncias com todas as propriedades iguais.

Alotropia um mesmo elemento químico forma duas ou mais substâncias simples diferentes, denominadas variedades

alotrópicas do elemento.

Alótropos do Carbono

Grafite

Ângulo de ligação = 120º e hibridação sp2

Comprimento das ligações

- Intracamada – 141pm

- Intercamada – 335pm

Sólido nas condições ambiente

Bom condutor de corrente elétrica

Densidade igual a 2,25g/cm3

Diamante

Ângulo de ligação 109º e hibridação sp3

Comprimento das ligações – 154pm

Sólido nas condições ambiente

Não conduz corrente elétrica


Observação:

Em 1985, o inglês Harold Kroto e os americanos Richard Smalley e Robert Curl anunciaram a descoberta de uma nova variedade alotrópica do carbono. O novo alótropo é constituído por moléculas com 60 átomos de Carbono (C60). Foi nomeado buckminsterfulereno, conhecido como fulereno. Novos fulerenos com 32, 44, 50, 70 ... 540 átomos de carbono

já foram descobertos, alguns em forma de tubos cilíndricos (nanotubos).

SUBSTÂNCIAS

SIMPLESEx.: Fe, N2, He, etc.

COMPOSTAEx.: H2O, CO2, NH3, etc.

ALOTROPIA

SUBSTÂNCIAS

SIMPLESEx.: Fe, N2, He, etc.

COMPOSTAEx.: H2O, CO2, NH3, etc.

ALOTROPIA


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Alótropos do Oxigênio

Oxigênio – O2

O O

Atomicidade = 2

Geometria linear

Comprimento de ligação = 121pm

Ozônio – O3

Atomicidade = 3

Geometria angular

Comprimento de ligação = 128pm

Alótropos do Fósforo

Fósforo branco – P4

Atomicidade = 4

Sólido branco


OBS: Ângulos de 60º entre as ligações

Muito reativo, por isso deve ser estocado imerso em água.

P4 + 502 P4O10

Fósforo vermelho - Pn

Atomicidade = n

Pó amorfo de cor vermelho-escuro


Alótropos do Enxofre

Enxofre rômbico – S8

Cristal rômbico

Atomicidade = 8


≈107º


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Enxofre monoclínico – S8

Cristal monoclínico

Atomicidade = 8

Densidade igual a 1,96g/m3

Misturas

Uma mistura é um material que não possui todas as propriedades definidas porque é constituído de duas ou mais substâncias diferentes.

Exemplos:

- Soro fisiológico: água (99,1%), cloreto de sódio (0,9%), em massa;

- Petróleo: hidrocarbonetos em percentuais variados;

- Ar atmosférico: gás nitrogênio (78%), gás oxigênio (20%), gás argônio (1%), gás carbônico, vapor d’água (1%).

SISTEMA HOMOGÊNEO E HETEROGÊNEO

Número de fases

Fase

- Aspecto visual uniforme

- Propriedades específicas constante


Número de componentes de um sistema

MUDANÇAS DE FASE DE AGREGAÇÃO

Fusão e solidificação

Gráfico da FUSÃO Gráfico da SOLIDIFICAÇÃO

t1 – início da fusão

t2 – final da fusão

T.f. – temperatura de fusão

t1 – início da solidificação

t2 – final da solidificação

T.s. – temperatura de solidificação

Observação:

Sistema metaestável (água gelo).

MATERIAIS

OU

SISTEMAS

HOMOGÊNEO

HETEROGÊNEO

única fase

(monofásico)

duas ou mais fases

(polifásico)


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A água solidifica-se quando apresentar um arranjo conveniente (molde), aonde as demais partículas irão se aglutinar.

Ebulição e condensação

Gráfico da EBULIÇÃO Gráfico da CONDENSAÇÃO

t1 – início da ebulição

t2 – final da ebulição

T.e. – temperatura de ebulição

t1 – início da condensação

t2 – final da condensação

T.c. – temperatura de condensação

Sublimação e ressublimação

RESUMINDO:

GRÁFICOS DA MUDANÇA DE FASE DE AGREGAÇÃO

Substância (sob pressão de 1atm)

- Partindo-se da fase sólida – processo endotérmico

- Partindo-se da fase vapor – processo exotérmico


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Observação:

Somente as substâncias, quando mudam de fase de agregação, a temperatura permanece constante, desde que a mudança se processe à pressão constante.

Mistura homogênea simples

- Não há composição definida

Mistura homogênea eutética

- Mistura com composição definida

Exemplo:

Ligas metálicas

- Cádmio (40%) e Bismuto (60%) – T.f. = 140ºC a 1atm

- Estanho (62%) e Chumbo (38%) – T.f. = 183ºC a 1atm

Mistura homogênea azeotrópica

- Mistura com composição definida

Exemplo:

Álcool hidratado – Água (4%) e Álcool etílico (96%) – T.e. = 78,2ºC a 1atm

Álcool etílico (7%) e Clorofórmio (93%) – T.e. = 60ºC a 1atm


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SEPARAÇÃO DE MISTURAS OU ANÁLISE IMEDIATA

Critérios de pureza

- Ponto de fusão – P.f.

- Ponto de ebulição – P.e.

- Densidade ou massa específica – d

- Coeficiente de solubilidade – CS

- Calor específico – c

Processos de separação

Processos mecânicos

Catação – separação de mistura heterogênea sólido-sólido que se baseia na diferença de tamanho e de aspecto das

partículas constituintes da mistura.

Ex.: Mistura de arroz com impurezas

Levigação – separação de mistura heterogênea sólido-sólido quando um dos componentes é facilmente arrastado por um

líquido, restando o componente mais denso.

Ex.: Ouro e areia auríficos

Peneiração ou tamisação – separação de mistura heterogênea sólido-sólido em que o tamanho das partículas são

sensivelmente diferentes em que se utiliza uma peneira ou tamis.

Ex.: Mistura de areia e pedregulhos

Flotação ou Sedimentação Fracionada – usado para separar mistura heterogênea sólido-sólido e consiste em adicionar

óleo à mistura e, em seguida, a mistura é lançada na água que é submetida uma forte corrente de arou adicionar um líquido de densidade intermediária.

Ex.: Separação de minérios da areia

Areia e pó de serragem.

Ventilação – utilizada para separação de mistura heterogênea sólido-sólido em que os sólidos possuem densidades

sensivelmente diferentes.

Ex.: Separar arroz das cascas.

Dissolução fracionada – usada para separar mistura heterogênea sólido-sólido e está baseada na diferença de solubilidade

dos sólidos em um determinado solvente.

Ex.: Sal e areia

Separação magnética – utilizada para separar mistura heterogênea sólido-sólido em que um dos componentes sofre atração

magnética (paramagnético).

Ex.: Separação do lixo em usina de compostagem e reciclagem


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Filtração simples – usada para separar mistura heterogênea sólido-líquido ou sólido-gás.


Filtração a vácuo – usa-se para separar mistura heterogênea sólido-líquido quando as partículas do sólido obstruem o papel

de filtro.


Decantação – usada para separar mistura heterogênea líquido-líquido ou líquido-sólido ou sólido-gás.

Decantação utilizando funil de decantação – utilizado para separação de mistura heterogênea líquido-líquido.


Decantação por centrifugação – utilizada para separar mistura heterogênea sólido-líquido ou líquido-líquido quando o

disperso se encontra finamente distribuído no dispersante. Utilização de centrífuga.



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Decantação por sifonação – utilização de sifão, onde se emprega a ação da gravidade para separar misturas

heterogêneas líquido-líquido ou sólido-líquido.


Decantação por chicana ou câmara de poeira – utilização de chicana, utilizada para separar misturas

heterogêneas sólido-gás.

Exemplo: Separação da poeira do ar

Processos físicos

Destilação simples – É utilizada para separar mistura homogênea sólido-líquido quando os componentes apresentam pontos

de ebulição muito diferentes.


Destilação fracionada – É usada para separar misturas homogêneas não ezeotrópicas do tipo líquido-líquido, nos quais os

componentes possuem pontos de ebulição relativamente próximos.


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Destilação por arraste de vapor - É utilizada para separar mistura homogênea líquido-líquido quando os componentes

apresentam pontos de ebulição próximos e termolábeis.


Evaporação – utilizado para separar misturas homogêneas sólido-líquido em que não se deseja ficar com o líquido da

mistura.

Cristalização fracionada – É utilizada para separar misturas do tipo sólido que possuem diferentes solubilidades em um

solvente particular.

Sublimação fracionada – Usada para separar substâncias que sofrem sublimação facilmente.


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TRANSFORMAÇÃO DA MATÉRIA

Fenômeno Físico

Sempre que a matéria sofre uma transformação qualquer que não modifica sua composição, como no caso da água mudando de fase (sólida, líquida e gasosa), dizemos que ocorre um fenômeno físico.

No fenômeno físico a composição da matéria é preservada, ou seja, permanece a mesma antes e depois da ocorrência do fenômeno. Nesses fenômenos, a forma, o tamanho, a aparência e a fase de agregação podem mudar, porém a constituição da substância não sofre alterações.

Exemplo: A divisão de uma barra de ferro;

A formação da chuva; A dissolução de sal de cozinha em água; A transformação de uma barra de cobre em fio.

Fenômeno Químico

Certamente também já tivemos oportunidade de observar que muitas vezes a matéria se transforma de modo a alterar completamente sua composição, ou seja, a matéria deixa de ser o que era e passa ser outra coisa totalmente diferente.

No fenômeno químico, a composição da matéria é alterada, ou seja, a composição da matéria antes de ocorrer o fenômeno é totalmente diferente da que resulta no final.

Exemplo: A combustão da gasolina;

O azedamento do leite; A fermentação do vinho.

Quando ocorre um fenômeno químico, uma ou mais substância se transformam e dão origem a novas substâncias. Então dizemos que ocorreu uma reação química.

As substâncias iniciais envolvidas em um fenômeno químico são denominadas reagentes, enquanto as substâncias formadas após a reação são denominadas produtos. A reação química pode ser representada por uma equação química,

que se assemelha a uma equação matemática por apresentar dois membros: reagentes e produtos. Reagentes e produtos devem ser separados por uma seta indicativa da orientação do fenômeno:

Reagentes Produtos

Uma maneira bem simples de reconhecermos a ocorrência de um fenômeno químico é a observação visual de

alterações que ocorrem no sistema.

A formação de uma nova substância está associada à:

Mudança de cor;

Liberação de uma gás (efervescência);

Formação de um sólido;

Aparecimento de chama ou luminosidade.

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