Prof. Willyan Machado Giufrida...MASSA ATÔMICAMÉDIA •A massa atômica de um elemento químico é...

QuímicaProf. Willyan Machado Giufrida

Matéria é o material físico do universo; é tudo que tem massa e ocupa espaço.

Matéria em nosso planeta origina-se de uma combinação de aproximadamenteapenas cem substâncias básicas ou elementares chamadas de elementos.

Cada elemento é composto de um único tipo de átomo, que são suas partículasinfinitamente pequenas.

Os átomos podem se combinar para formar diferentesmoléculas nos quais dois ou mais átomos se ligam.

A Matéria é uma combinação de muitos elementos, por exemplo, a água:

“Não é que a matéria obedeçe às leis da natureza; mais especificamente, as leis da

natureza descrevem o comportamento da matéria”

ELEMENTOS QUIMICOS combinam-se para formar moléculas, a água por exemploforma-se através da combinação de dois elementos químicos diferentes, doisátomos de hidrogênio se ligam a um átomo de oxigênio.

+H H O H2O

A Matéria pode ser classificada de acordo com a característica que sua composiçãoapresenta como caráter de uniformidade, pureza e agrupamento de elementose/ou vários compostos.

Composto químico:

“Duas ou mais substancias elementares diferentes unidas por uma ligação química”

Algumas Moléculas:

• há dois tipos gerais de ligação química emcompostos: iônica e covalente

• ligações iônicas resultam quando elétrons sãotransferidos entre átomos, resultando em íons decargas opostas que se atraem em geral, átomosmetálicos ligados a átomos de não-metais

• ligações covalentes resultam quando dois átomoscompartilham parte de seus elétrons em geral, naligação entre átomos de não metais

Composto químico:

Mistura Homogênea:

Soluto: é a substância que, em geral, encontra-se em menor quantidade em uma

mistura estando dissolvida pelo solvente;

Solvente: substância que dissolve o soluto. Para exemplificar o conceito de solvente

e soluto, pode-se citar o açúcar dissolvido na água, ou ainda, o oxigênio dissolvido

na mistura de nitrogênio, constituindo o ar que respiramos.

Sistemas monofásicos – têm uma única fase e, portanto, são sistemas ou misturas

homogêneas;

Mistura Heterogênea:

Sistemas bifásicos – têm duas fases, são sistemas heterogêneos;

Sistemas trifásicos – têm três fases distintas, são sistemas heterogêneos;

Sistemas polifásicos – têm mais de três fases distintas.

Propriedades da Matéria:

Propriedades Químicas: São aquelas que caracterizam quimicamente as

substâncias. Vale destacar reações químicas, que são as transformações que os

materiais sofrem para produzir outros materiais. (ex. “combustão” – a capacidade

de uma substância queimar-se na presença de oxigênio).

As equações químicas são representações das transformações dos reagentes e

produtos por meio de fórmulas químicas.

Por exemplo, a combustão da gasolina pode ser representada pela equação:

Propriedades físicas: São um conjunto de características dos materiais puros, os

quais podemos usar para identifica-los, podem ser medidas sem alterar a identidade e

a composição das substâncias (ex. odor, densidade, ponto de fusão, ponto de

ebulição e dureza).

Densidade: Para a química a densidade (d) pode ser determinada como a razão entre

a massa de um material pelo seu respectivo volume.

É definida como a quantidade de massa em

unidade de volume da substância:

Por exemplo: Qual é a densidade do ferro, sabendo que uma lâmina desse material

com 5 cm de comprimento, 2 cm de largura e 1 cm de espessura tem massa de 78,6 g?

Outra maneira de medirmos a densidade de um material é pesarmos o mesmo e

colocarmos dentro de um recipiente volumétrico calibrado contendo água

Por exemplo: colocamos uma placa de um

material com massa de 125,4 g em uma

proveta contendo 30 mL de água, conforme

ilustrado na figura ao lado.

Exercício:

01 – O etilenoglicol C2H6O2, é um ingrediente do fluido anticongelante para

radiadores de automóveis. Sua densidade é 1,11 g/cm3 a 20 °C. Se você precisa

de exatamente 500 mL desse líquido, qual é a massa necessária do composto

em gramas?

02 – Um químico necessita de 2,00 g de um composto líquido com densidade

de 0,718 g/cm3. Que volume do composto é necessário?

03 – Uma amostra de metal desconhecido é colocada em uma proveta que

contém água.

A massa da amostra é 37,5 g, e os níveis da água antes e depois da colocação

de cada amostra na proveta são mostrados na figura. A amostra consiste mais

provavelmente em qual dos metais listados a seguir?

(a) Mg, d = 1,74 g/cm3

(b) Fe, d = 7,87 g/cm3

(c) Ag, d = 10,5 g/cm3

(d) Al, d = 2,70 g/cm3

(e) Cu, d = 8,96 g/cm3

(f) Pb, d = 11,3 g/cm3

Mudanças Físicas e Químicas:

Mudanças físicas: uma substância apresenta alteração em sua aparência física e não em

sua composição. Ex.: A mudança de estado da água – Sólido parta Líquido e Líquido

para Gasoso.

Temperatura

Exemplos:

1 - O Nitrogênio ferve a 77 K. Qual é essa temperatura em graus Celsius?

2 – Muitos laboratórios usam 25 ºC como temperatura padrão. Qual é essa

temperatura em Kelvin?

3 - Se a previsão do tempo diz que a temperatura do dia atingirá 33,7 °C. Qual será a

temperatura prevista em (a) ° F e (b) K?

Mudanças Físicas e Químicas:

Mudanças Químicas (reações químicas): Uma substância é transformada em outra

substância quimicamente diferente.

Ex.: Quando o hidrogênio queima no ar.

Reação química: 2H2 + O2 => 2H2O.

Como o número de prótons define a espécie de átomo, ele passou a ser chamado de

número atômico, simbolizado pela letra Z.

“Elemento químico é um conjunto de átomos com o mesmo número atômico”.

Hidrogênio – átomos que possuem 1 próton;

Carbono – átomos que possuem 6 prótons;

Oxigênio – átomos que possuem 8 prótons;

Enxofre – átomos que possuem 16 prótons.

• Como determinar o número de partículassubatômicas no átomos?– Quantos prótons, neutros e elétrons existem em um átomo de:

a) 197Au

b) Estrôncio – 90

– Qual destes átomos tem o maior número de nêutrons em seunúcleo?

a) 148Eu, b) 157Dy, c) 149Nd, d) 162Ho, e) 159Gd.

– O Magnésio tem três isótopos com números de massa 24, 25 e26.

a) Escreva o símbolo químico completo para cada um deles.

b) Quantos nêutrons há nos átomos de cada isótopo?

Exemplo:1) Dê o símbolo químico, incluindo sobrescritos para indicar o número de

massa, para:

a) o íon com 22 prótons, 26 nêutrons e 19 elétrons.

b) o íon de enxofre, que tem 16 nêutrons e 18 elétrons.

2) Em qual dos seguintes elementos o números de prótons é menor que o

número de elétrons?

a) Ti2+, b) P3-, c) Mn, d) Sc42-, e) Ce4+

3) Quantos prótons, nêutrons e elétrons tem o íon 79Se2-?

UNIDADE DE MASSA ATÔMICA (uma ou u)

1 uma = 1,661 x 10-24 g.

1g = 6,02214 x 1023 uma.

1 mol = 6,0221415 x 1023 partículas.

“o número de átomos presente em exatamente

12 g do isótopo do carbono-12”

MASSA ATÔMICA MÉDIA

• A massa atômica de um elemento químico é dada pela média ponderada das massas atômicas de seus isótopos, onde a porcentagem com que cada aparece na natureza é o peso.

Exemplo:1) O cloro possui dois isótopos de pesos atômicos 35Cl e 37Cl, com porcentagens

respectivamente iguais a 75,78% e 24,22%. Calcule a massa atômica média do

2) São encontrados três isótopos de silício na natureza: 28Si (92,23%), massa

atômica 27,97693 uma; 29Si (4,68%), massa atômica 28,97649 uma; e 30Si

(3,09%), massa atômica 29,97377 uma. Calcula a massa atômica do silício.

FÓRMULAS QUÍMICASA representação de uma molécula é dada através de sua fórmula. A somatória dasmassas atômicas dos elementos que fazem parte dessa fórmula chama-se massamolar.Massa molar = é o número que identifica quantas vezes a molécula de umasubstância é mais pesada do que 1/12 do átomo de carbono – C12. Molécula gramaou mol = é a massa molar expressa em gramas.Exemplos de Substâncias Químicas e Fórmulas:

CONVERSÃO MASSA MOL

Exemplos:1 - Qual a massa, em gramas, de 0,2 mols do gás amônia – NH3?

2 - Converta a massa de 30 gramas de ácido fosfórico – H3PO4 – para número de mols.

3 – Quantas gramas é preciso para preparar uma solução contendo no total 0,8 mols de HCl?

LIGAÇÕES QUÍMICAS

Uma ligação química forma-se entre dois átomos se o arranjo resultante deseus dois núcleos e de seus elétrons tem energia mais baixa que a energiatotal dos átomos separados.

Se a energia mais baixa é atingida pela transferência completa de um oumais elétrons de um átomo para outro, formam-se íons, e o composto émantido pela atração entre esses íons (atração eletrostática). Esta atraçãoé típica de uma ligação iônica.

Se o abaixamento de energia pode ser atingido pelo compartilhamento deelétrons, então, os átomos unem-se através de uma ligação covalente.

Os gases nobres são os 6 elementos da família 8A da tabela periódica:hélio (He), neônio (Ne), argônio (Ar), criptônio (Kr), xenônio (Xe) eradônio (Rn).

A principal característica desses elementos é a inércia química, ligadaao fato de possuírem a camada de valência completa (camada devalência completa = 8 elétrons na última camada de elétrons oucamada eletrônica).

A Regra do Octeto (Gilbert Newton Lewis)

Os átomos dos diferentes elementos ligam-se uns aos outros, doando,recebendo ou compartilhando elétrons, na tentativa de adquirir umaconfiguração eletrônica igual à de um gás nobre: 8 elétrons na camadade valência ou, então, 2 elétrons se a camada de valência for a 1ªcamada.

ÍONS E COMPOSTOS IÔNICOS

Em geral, os átomos de metal tendem a perder elétrons para formar cátions, e

átomos de não metal tendem a ganhar elétrons para não formar ânions. Assim,

compostos iônicos costumam ser metais ligados a não metais, como NaCl.

COMPOSTOS IÔNICOS

Como identificar compostos iônicos e moleculares?

• Qual desses compostos você espera que sejamiônicos: N2O, Na2O, CaCl2, SF4?

Compostos Iônicos são formados por uma metal + não metal

• Quais destes compostos são moleculares? CBr4,

FeS, P4O6, PbF2?

Características da Tabela PeriódicaOs elementos são arranjados demodo que aqueles compropriedades químicas e físicassimilares encontrem-se nas colunasverticais chamadas grupos oufamílias. Os Grupos A sãofrequentemente designados deelementos do grupo principal ouelementos representativos, e osGrupos B são os elementos detransição.

• A Tabela Periódica pode ser dividida em diversas regiões de acordo com as propriedades doselementos.

• Os elementos tornam-se gradualmente menos metálicos ao andarmos da esquerda para adireita em um período, e os metalóides (semi-metais) encontram-se ao longo do limitemetal/não metal.

• Metais: são sólidos (à exceção do mercúrio), conduzem eletricidade, sãogeralmente dúcteis (podem ser transformados em fios) e maleáveis(podem ser enrolados em folhas), e podem formar ligas (soluções de umou mais metais em outro metal).

• O ferro (Fe) e o alumínio (Al) são usados nas peças de automóveis emfunção de sua ductibilidade, metabilidade e baixo custo em relação aoutros metais. O cobre (Cu) é usado na fiação elétrica porque conduzeletricidade melhor do que a maioria dos metais.

• Não metais: ficam à direita de uma linha diagonal que se estende de B a Te na Tabela Periódica e têm uma variedade de propriedades: alguns são sólidos (carbono, enxofre, fósforo e iodo).

• Famílias A– Número da família = Quantidade de elétrons na camada de valência,

com nomes característicos.

– Elétron mais energético = sub-níveis ‘s’ (Grupos IA e IIA) ou ‘p’ (Grupos IIIA à VIIIA).

– Zero = Sua reatividade nas condições ambientes é nula.

• Famílias B– Elementos de transição.

– Elétron mais energético: subnível ‘d’.

– Elétron mais energético das séries dos lantanídeos e dos actinídeos:

subnível ‘f’.

• Metais– Brilho metálico.

– Conduzem corrente elétricas e calor; quanto mais quente o material ficar, menos eletricidade ele conduz.

– São maleáveis.

– O maior grupo dos elementos.

• Semi-metais

– Brilho metálico.

– Pequena condutibilidade elétrica.

– Fragmentam-se.

• Ametais

– Não possuem brilho.

– Não são condutores.

– Fragmentam-se.

• Gases nobres– Grande estabilidade – Pequena capacidade de se combinar

com outros elementos.

– Estado gasoso nas condições ambientes.

• Hidrogênio– Elemento atípico.

– Gás (nas condições ambientais) extremamente inflamável.

– Combina-se com metais, ametais e semimetais.

• Cisurânicos

– Elementos artificiais com número atômico inferior a 92 – Tecnécio (Tc), Ástato (At), Frâncio (Fr) e Promécio (Pm).

• Transurânicos

– Elementos artificiais com número atômico superior a 92.

• Podemos escrever a fórmula empírica de um composto iônicose soubermos as cargas dos íons. Um vez que os compostossão eletricamente neutros, os íons de um composto iônicosempre ocorrem em uma proporção tal que a carga totalpositiva é igual à carga total negativa. (um Na+ para um Cl-).

• Se as cargas diferirem, a carga de um íon será a cargasobrescrita (sem o sinal) do outro íon.

Exemplo:

1) Escreva a fórmula empírica do composto formado pelos íons:

a) Al3+ e Cl-;

b) Al3+ e O2-;

c) Mg2+ e NO3-;

2) Para os seguintes compostos iônicos formados com S2-, qual é a fórmula

empírica para o íon positivo envolvido?

a) Fe2S3;

b) MoS2;

c) K2S;

d) Ag2S.

• As regras para a nomenclatura química são baseadas nadivisão das substâncias em categorias. A principal divisão éentre compostos orgânicos e inorgânicos.

• Compostos Orgânicos: geralmente contém Carbono eHidrogênio em combinação com Oxigênio, Nitrogênio ououtros elementos.

• Compostos Inorgânicos: todos os outros compostos.

NOMENCLATURA

• Cátions:a) Cátions formados a partir de átomos de metal têm o

mesmo nome que o metal:

b) Se um metal formar cátions com diferentes cargas, a carga positiva será indicada por um algarismo romano entre parênteses após o nome do metal:

• Um método um pouco mais antigo, porém ainda amplamenteutilizado para distinguir íons de um metal com cargasdiferentes, emprega-se as terminações –oso e –ico junto a raizdo nome latino do elemento.

c) Cátions formados a partir de átomos de não metais têmnomes que terminam em –io.

CÁTIONS MAIS COMUNS

• Ânions:a) Os nomes dos ânions monoatômicos e alguns

poliatômicos são formados ao substituir o final do nomedo elemento pelo sufixo –eto ou –ido.

b) Ânions poliatômicos que contêm oxigênio tem nomes terminados em ato ou ito e são chamados de oxiânios.

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