Esquema de estudo – 2° Ano - Cap. 1 – Química – Profa Ana Paula (a partir da pág. 16)
Fórmulas das substâncias iônicas
No experimento demonstrativo utilizamos o cloreto de sódio (sal de cozinha). Ele é formado por cátions de sódio, Na+, e ânions de cloro, Cl-, chamado cloreto. O número de cátions é igual ao número de ânions. A sua fórmula não representa uma molécula de cloreto de sódio, mesmo porque a molécula não existe. A fórmula representa uma proporção entre os íons positivos e os negativos. Numa substância iônica, a fórmula sempre representa a proporção mínima entre os íons.
Exemplo: a) Qual é a fórmula da substância formada pelo ânion cloreto, CI-, e o cátion potássio, K+?
R: KCI, pois os dois íons têm uma carga apenas.
b) Qual é a fórmula da substância formada pelos íons cloreto, CI- e cálcio, Ca2+?
R: CaCI2, nesse caso são necessários dois cloretos para cada cálcio, pois o cálcio, Ca2+, tem duas cargas positivas e, para neutralizá-Ias, são necessárias duas cargas negativas, dois CI-.
c) Qual é a fórmula da substância formada pelos íons Ca2+ e S2-?
R: CaS, como as cargas são iguais, a proporção é de 1 :1.
Você já deve ter percebido que há uma ordem na escrita da fórmula da substância iônica: primeiro escreve-se o símbolo do cátion e, em seguida, o símbolo do ânion. É NaCI e não CINa.
Nomenclatura
O nome das substâncias iônicas segue regra diversa: escreve-se primeiro o nome do ânion seguido de um de e, depois, o nome do cátion.
Exemplo: a) NaCI chama-se cloreto de sódio.
b) CaCI2 chama-se cloreto de cálcio.
A tabela abaixo apresenta os símbolos e as cargas dos principais íons (cátions e ânions) encontrados na natureza.
Os nomes dos cátions simples (um só elemento) recebem o nome do próprio elemento.
Exemplo: a) cátion estrôncio é Sr2+. b) cátion zinco é Zn2+.
Quando o elemento apresentar mais do que um cátion, seus nomes devem ser acrescidos de um algarismo romano entre parênteses, que indica a carga.
Exemplo: cátion ferro (II) é o Fe2+ b) cátion ferro (III) é o Fe3+.
Os nomes dos ânions simples são formados pelo radical do nome do elemento, acrescido de um sufixo eto. Exemplo: a) cloreto significa CI-. b) sulfeto (S2-) c) fosfeto (P3-) d) óxido (O2-)
Exercícios pág. 18
Fórmulas das substâncias iônicas com íons poliatômicos
Os ânions poliatômicos mais comuns resultam da combinação de um elemento ametal com o oxigênio.
Exemplo: a) O SO32-, o sulfito, é um agregado de quatro átomos: um de enxofre e três de oxigênio, e os quatro átomos unidos têm dois elétrons a mais. Portanto, um ânion sulfito tem no total 40 prótons: 16 do enxofre e 24 dos três oxigênios, e 42 elétrons.
Temos também o SO42-, o sulfato. Note que, nos ânions compostos pelo oxigênio e outro ametal, o ânion que tem menor número de oxigênios recebe o sufixo ito, e o ânion com maior número de oxigênios o sufixo ato.
b) nitrato, N03-, e o nitrito, N02-.
No caso de haver vários ânions comuns oxigenados do mesmo elemento, usam-se os prefixos hipo ou per. Exemplo: CIO- , ClO2- ' CIO3- , CIO4-, todos os quatro ânions contêm cloro e oxigênio. Neste caso, o ClO2- é chamado de clorito e o CIO- é o hipoclorito, com o prefixo hipo indicando "antes do clorito". ° CIO3- é o clorato e o CIO4- é o perclorato, com o prefixo per indicando "após o clorato".
Para se escrever a fórmula de uma substância iônica com íons poliatômicos, são necessários alguns cuidados.
Exemplo: a) sulfeto de amônia à amônia (NH4+) e sulfeto (S2-) à (NH4)2S
b) sulfato de alumínio à alumínio (Al3+) e sulfato (SO42-) à Al2(SO4)3
Toda vez que for preciso indicar um número subscrito maior do que um, para indicar a proporção de íons poliatômicos na fórmula de uma substância iônica. utiliza-se o recurso dos parênteses.
Exercícios pág. 19
Tabelas dos principais íons (cátions e ânions)
Estrutura de cristais
Cada sólido cristalino tem uma estrutura própria. A forma geométrica do cristal depende diretamente da organização de suas partículas.
Fig. 7 pág. 20 - Compare as formas dos cristais de neve com a estrutura do gelo.
Cristais iônicos
No caso de cristais iônicos, as estruturas dependem das proporções entre os íons, no NaCI, as proporções são 1:1, pois têm cargas iguais. Isso não significa que eles tenham estruturas iguais, pois há outros fatores que influenciam, os raios dos íons, por exemplo.
No cloreto de sódio, NaCI, o cloreto é um ânion bem maior do que o cátion de sódío:
Raio iônico do cloreto = 1,81.10-10 m = 18,1 nm.
Raio iônico do sódio = 0,97*.10-10 m = 9,7* nm.
A estrutura cristalina é cúbica e cada cátion é rodeado por seis ânions e cada ânion é rodeado por seis cátions. Veja a Fig. 8 pág. 20.
Como se determina a estrutura de um sólido cristalino? Como se determina a distância entre dois íons? Como se determina o ângulo entre as ligações dos átomos?
Em 1912, Max von Laue (1879-1960) descobriu que sólidos cristalinos provocavam difrações em raios X. Pouco tempo depois, dois cientistas ingleses, pai e filho, William H. Bragg (1862-1942) e Lawrence Bragg (1890-1971) deram início à cristalografia, ciência que estuda as estruturas dos cristais, usando as difrações dos raios X para colher informações que possibilitam a determinação das distâncias, dos planos de alinhamentos dos átomos, íons ou moléculas de uma estrutura cristalina.
Para "enxergar" essas distâncias e esses alinhamentos, coloca-se um cristal na trajetória dos raios X. O feixe de raios, após atravessar o cristal, é projetado em uma chapa sensível aos raios X.
Na chapa, aparecem pontos regularmente distribuídos que recebem um tratamento geométrico espacial bastante sofisticado que possibilita a interpretação da estrutura cristalina daquele cristal.
Observar a fig. 10 da pág. 21
Fusão de uma substância iônica
As moléculas não são capazes de transportar a carga elétrica; elas não têm carga elétrica como os íons e, assim, não são atraídas pelos eletrodos; portanto, não são orientadas no seu movimento.
Na substância iônica, ocorre a "separação” dos íons na fusão, como representada na Figura 12 A idéia de separação não se refere à distância entre os íons, mas sim à aquisição de movimentos independentes dos cátions e dos ânions. Dá-se o nome de dissociação iônica a esta separação.
Representa-se a dissociação iônica com equações do seguinte modo:
Dissociação iônica do cloreto de sódio: Dissociação iônica do cloreto de cálcio:
NaCI(s) à Na+(I) + Cl-(I) CaCI2(s) à Ca2+ (I) + 2 CI-(I)
Dissociação iônica do hidróxido de sódio: Dissociação iônica do sulfato de alumínio:
NaOH(s) à Na+(l) + OH-(I) AI2(S04)3(s) à 2 AI3+(I) + 3 SO42- (I)
Como a água é capaz de dissolver uma substância iônica
Uma substancia iônica é formado por cátions e ânions. Cada cátion é rodeado por vários ânions, e vice-versa. Os íons se mantêm unidos pelas forças de atração entre os cátions e os ânions, que superam as forças de repulsão dos cátions entre si e dos ânions entre si.
Fig. 13
Para dissolver, o solvente tem com os íons uma forte interação , que deve ser suficiente para separar os cátions dos ânions e mantê-Ios separados, formando novas ligações com as moléculas do solvente.
A água é uma substância molecular, contudo, suas moléculas apresentam uma polaridade. Numa mesma molécula, um lado dela é mais positivo, e o outro lado é mais negativo.
Fig 14 - A molécula da água é polar. Sua geometria não-linear já foi verificada por difração de raios X.
A molécula da água interage com os cátions com o seu lado negativo e com os ânions com o seu lado positivo. O esquema abaixo ilustra uma dissolução aquosa de uma substância iônica.
Fig 15 - A água interage com os ânions com o seu pólo positivo e com os cátions com o pólo negativo.
Após separar os cátions dos ânions e vice-versa, a água os mantém separados, pois os rodeia. Nas substâncias iônicas, a dissolução em água também é uma dissociação. Usa-se também uma equação que representa a dissociação iônica por dissolução aquosa. Veja o exemplo:
Dissociação do cloreto de cálcio por dissolução em água: CaCI2(s) à Ca2+ (aq) + 2 CI- (aq).
Na equação, escreve-se entre parênteses, ao lado direito do símbolo das partículas iônicas dissociadas, na mesma linha, aq, indicando solução aquosa, informando que a água é a responsável pela dissociação. Exercícios
Nem toda substância iônica sofre dissociação em água
Há substâncias iônicas que são pouco solúveis em água. Admite-se, nesses casos, que as forças de atração entre os seus íons sejam mais fortes do que as forças de interação com as moléculas polares da água. Algumas dessas substâncias são solúveis em soluções ácidas ou em soluções básicas, porém são insolúveis em água. Abaixo, segue uma tabela de solubilidade das substâncias iônicas (aproximação).
Toda substância iônica que se dissolve em água provoca condutibilidade elétrica. Por essa razão, as águas de rios, lagos, da torneira, do mar conduzem corrente elétrica. Praticamente toda a água que encontramos na natureza é provida de íons dos mais diversos. Observe o rótulo dessa água mineral natural.
Fig.16; pág. 26 (Exemplo: cloretoà 0,17 mg/L)
Experimento de demonstração
A água e a atração elétrica
Material: torneira com água e balão de borracha (bexiga)
Procedimento:
Ø Atrite nos cabelos um balão de borracha (bexiga) com ar dentro, não precisa estar muito cheio.
Ø Abra a torneira com água de modo a escoar um filete fino e contínuo de água.
Ø Aproxime o balão do filete de água, sem encostar na água e observe.
Conclusão e discussão:
A curvatura no filete de água que ocorre ao aproximar-se o balão de borracha eletrizado é mais um indício da polaridade da água. Para que a água desvie seu curso, é necessário que ela seja atraída pelas cargas elétricas do balão eletrizado.
Fig. 17 - A água polarizada é atraída pelo campo elétrico criado pelo balão eletrizado.
A dissolução de substâncias moleculares em água
As substâncias moleculares, ao ser adicionadas à água, apresentam propriedades diferentes que dependem de sua composição molecular. As diferentes propriedades são:
Ø Substâncias moleculares que não se dissolvem em água.
Ø Substâncias moleculares que se dissolvem em água e formam uma solução não-condutora de eletricidade.
Ø Substâncias moleculares que se dissolvem em água e formam uma solução condutora de eletricidade.
Substâncias moleculares que não se dissolvem em água
As gorduras, por exemplo, são constituídas de substâncias moleculares que não se dissolvem em água. As substâncias dos derivados de petróleo também não se dissolvem em água. As moléculas dessas substâncias que não se dissolvem em água são, em geral, moléculas grandes e apolares. As interações entre as moléculas da água e as moléculas grandes e apolares dessas substâncias são fracas. São muito menores do que as interações das moléculas apolares entre si.
Substâncias moleculares que se dissolvem em água e formam uma solução não-condutora de eletricidade
Ao dissolver a substância, a água separa as moléculas da substância sem alterá-Ias. Estas interagem com as moléculas da água com uma atração equivalente às forças com que as próprias moléculas da substância dissolvida se atraem, formando uma solução só de moléculas, moléculas de água e moléculas da substância dissolvida.
Exemplo: álcool etílico, etanol, C2H5OH, o álcool de cana. É infinitamente solúvel em água. A solução aquosa praticamente não conduz corrente elétrica; é, portanto, uma solução molecular, constituída por moléculas de água e moléculas de álcool etílico. Essas substâncias que se dissolvem em água, formando uma solução aquosa molecular não-condutora de eletricidade, têm, em geral, moléculas menores e polares.
Substâncias moleculares que se dissolvem em água e formam uma solução condutora de eletricidade
Algumas substâncias moleculares têm um comportamento bem característico ao ser dissolvidas em água. Elas são moleculares, afinal, puras, no estado líquido, não são condutoras, porém, ao serem dissolvidas em água, que também é molecular, formam uma solução condutora.
Como explicar isso?
Quando se dissolve uma substância molecular, as interações entre as moléculas de água com as moléculas da substância dissolvida podem ser muito fortes. Dependendo dessa forte interação, pode ocorrer, além da dissolução molecular, uma ionização das moléculas da substância dissolvida.
Vejamos um exemplo: o ácido acético glacial, ácido acético puro (H3CCOOH), é molecular, não conduz corrente elétrica. Porém, ao se adicionar água ao mesmo, ele passa a conduzir corrente elétrica.
O que ocorre?
Ao se dissolver o ácido acético, além da dissolução molecular, ocorre a ionização de suas moléculas: a água consegue quebrar a molécula do ácido acético, segundo a equação:
H3CCOOH (l) à H3CCOO- (aq) + H+ (aq)
Os íons, cátion de hidrogênio, H+, e o ânion, acetato, H3CCOO-, são os transportadores de carga elétrica na solução condutora.
Fig. 18 - Modelo da ionização do ácido acético em água.
Então, uma solução aquosa de ácido acético é constituída de quatro tipos de partículas: moléculas de água, moléculas de ácido acético, cátions de hidrogênio e ânions de acetato. A ionização ocorre com substâncias moleculares, cujas moléculas são pequenas e muito polares. As interações com a água são tão intensas que as moléculas chegam a se quebrar em íons formando soluções condutoras.
quinta-feira, 10 de fevereiro de 2011
Esquema de estudo – 1° Ano - Cap. 1 – Química – Profa Ana Paula(a partir da pág. 16)
Como prever em qual estado físico encontra-se uma substância, a certa temperatura?
A temperatura de ebulição e o estado físico da substância
A uma temperatura acima da temperatura de ebulição, a substância estará no estado gasoso. A uma temperatura abaixo da temperatura de ebulição, essa mesma substância estará líquida ou sólida.
Exemplo:
1. Qual é o estado físico da água a 130°C?
2. Qual é o estado físico do ferro na superfície do sol a 3 000 °C?
Temperatura de liquefação
Será que a temperatura de liquefação de uma substância é igual à temperatura de ebulição?
R: Toda substância se liquefaz à mesma temperatura em que ferve. A temperatura de liquefação de uma substância é outra propriedade característica das substâncias.
Temperatura de fusão e o estado físico de uma substância
Uma substância acondicionada a uma temperatura abaixo da sua temperatura de fusão se encontra no estado sólido. Essa mesma substância, a uma temperatura acima da sua temperatura de fusão, encontra-se no estado líquido ou gasoso, dependendo da temperatura em que a substância estiver ser maior ou não do que a sua temperatura de ebulição.
Temperatura de solidificação
Será que a temperatura de fusão de uma substância é igual à temperatura de solidificação?
R: Toda substância se fundi à mesma temperatura em que solidifica.
Resumindo: para prever em qual estado físico uma substância é encontrada, precisamos comparar a temperatura do local onde a substância se situa com suas temperaturas de fusão e de ebulição.
ü Se a temperatura em que a substância estiver for menor do que sua temperatura de fusão, ela estará no estado sólido.
ü Se a temperatura em que a substância estiver for maior do que sua temperatura de ebulição, ela estará no estado gasoso.
ü Se a temperatura em que a substância estiver for maior do que a sua temperatura de fusão, porém menor do que a sua temperatura de ebulição, ela se encontrará no estado líquido.
Obs: a) a fusão e a ebulição são processos endotérmicos, isto é, necessita de receber energia do ambiente para ocorrer.
b) a liquefação e a solidificação são exotérmicos, ou seja, a energia é liberada no decorrer do processo.
c) A pressão influi na temperatura de fusão e de ebulição de uma substância. Por essa razão, a tabela de temperatura de fusão e de ebulição das substâncias indica sempre a pressão em que a medida foi realizada, em geral em ambiente ao nível do mar a uma atmosfera (1 atm).
d) um exemplo da influencia da pressão é a utilização da “panela de pressão” para cozinhar os alimentos mais rapidamente (pág. 21).
Exercícios
Estados físicos e a matéria
São três os estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso. As substâncias podem ser encontradas nos três estados físicos dependendo da temperatura e da pressão a que estão submetidas.O ferro é sólido em qualquer região da superfície do planeta; porém, se aquecido acima de sua temperatura de fusão (1 535°C), se liquefaz. O gás butano, que é usado nos isqueiros, torna-se líquido se resfriado e pressionado. Assim que escapa da alta pressão de dentro do cilindro, ele se vaporiza, voltando ao estado gasoso.
Alguns materiais parecem não ser sólidos nem líquidos, nem gasosos, porém a maior parte desses materiais são misturas de substâncias em mais de um estado.
Por exemplo: leite é uma mistura de água com gorduras (não dissolvidas na água, estado líquido), lactose (dissolvida na água), proteínas (estado sólido), sais minerais (dissolvidos no líquido) e outras substâncias.
Características gerais dos três estados físicos
Sólido
Líquido
Gás
Forma
Definida
Variável
Variável
Volume
Praticamente invariável
Praticamente invariável
Muito variável
Compressibilidade
Quase nenhuma
Pouca
Grande
Dilatação térmica
Pequena
Pequena
Grande
Quadro 1 - Resumo das características gerais dos estados físicos.
O estado líquido e as partículas
Ao se observar um líquido este se apresenta por igual, com a mesma aparência. Essa continuidade também é notada quando se observa uma porção de água utilizando-se um microscópio de maior poder de resolução até hoje existente. Porém, você já deve ter lido ou ouvido falar que a água é formada por partículas chamadas de moléculas. Onde estão as moléculas?
As moléculas não são vistas nem com o uso de microscópios de altíssimo poder de resolução. As moléculas fazem parte da Teoria Atômico-Molecular, (um conjunto de idéias que explicam as propriedades e transformações que ocorrem com a matéria, mesmo que as moléculas não possam ser vistas a olho nu).
Obs: microscópios de maior poder de resolução conseguem imagens de partículas de 10-6 cm e uma molécula de água tem uma dimensão de 10-8 cm.
Uma característica do estado líquido é não ter uma forma definida. Como isso pode ser explicado considerando-se a substância no estado líquido formada de partículas?
Admite-se que as partículas no estado líquido estejam próximas umas das outras; porém, elas se movimentam, isto é, elas não estão fixas, e não há uma organização entre elas. Quanto maior a temperatura do líquido, maior é a movimentação das partículas. Assim, a energia tem o papel de aumentar a agitação das partículas, mantendo praticamente as mesmas distâncias umas das outras.
O estado sólido e as partículas
Uma característica do estado sólido é ter uma forma definida. Como isso pode ser explicado considerando-se a substância no estado sólido formada de partículas?
Admite-se que as partículas no estado sólido estejam próximas umas das outras; porém, diferentemente do líquido em que as partículas se movimentam, umas em relação às outras, elas estão "paradas", organizadas, formando um bloco mais "rígido" com uma forma definida. No estado sólido, o movimento é principalmente de vibração; há quase nenhum movimento de translação, e quanto maior a temperatura, maior é esse movimento de vibração.
O estado gasoso e as partículas
Os gases não têm forma nem volume definidos. Como o estado gasoso pode ser entendido com o modelo de partículas? Admite-se que as partículas no estado gasoso tenham muito movimento de translação e de rotação e estejam muito distantes umas das outras.
Ver fig. 6 pág. 32
Analisando e interpretando os gráficos das mudanças de estado físico
Durante o aquecimento da água no estado sólido, a energia provoca a mudança de temperatura, que vai aumentando até atingir a temperatura de fusão. Porém, durante a fusão, a temperatura permanece constante até que toda a água se funda. Durante o aquecimento no estado líquido, a temperatura se eleva gradativamente; mas, ao atingir a temperatura de ebulição, a temperatura se estabiliza: permanece a mesma durante toda a ebulição.
Gráfico 3 – Variações de temperatura durante as mudanças de estado físico da água.
Análise do gráfico da variação de temperatura de uma mistura durante as mudanças de estado
A principal diferença entre os gráficos de mudanças de estado de uma substância e de uma mistura está na variação ou não da temperatura durante as mudanças de estado. Enquanto a temperatura durante a mudança de estado de uma substância se estabiliza, a temperatura durante a mudança de estado de uma mistura varia.
As substâncias: suas temperaturas de fusão, de ebulição e as partículas
As substâncias têm uma temperatura de fusão e de ebulição; já as misturas não têm uma única temperatura de fusão nem de ebulição. Como explicar esses fatos com o modelo de partículas?
Para explicá-Ios, vamos admitir que as partículas de uma mesma substância sejam iguais; assim, elas se atraem com a mesma força e precisam, para a mudança de estado, atingir a mesma energia para se separarem na ebulição ou adquirirem movimento na fusão.
Assim, pode-se explicar, por exemplo, por que uma substância tem maior temperatura de fusão do que a outra pensando em maior atração entre as partículas de uma substância que tenha maior ponto de fusão. A idéia de que a energia provoca mudanças de estado e, conseqüentemente, promove o movimento das partículas permite comparar a atração entre as partículas (inobservável) comparando as temperaturas de fusão (observável).
Densidade de substâncias
Introdução: outra propriedade que permite identificar substâncias é a densidade. Para entender o que é densidade e como se utiliza esta propriedade para identificar substâncias, acompanhe os raciocínios a seguir.
1. Existem panelas feitas de alumínio, de aço inox e de cobre. Como diferenciar essas panelas?
2. É correto dizer que uma peça de alumínio é mais leve do que uma peça de ferro? Mesmo que elas sejam de tamanhos bem diferentes?
3. Você seria capaz de erguer uma estátua de alumínio de uma pessoa? E uma estátua de ferro?
Massa e volume
Massa e volume são grandezas fundamentais para o estudo da matéria. Afinal, matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço, ou seja, tem volume.
Massa: podemos considerar como uma medida da quantidade de determinado material. A determinação da massa ocorre por comparação da amostra com um padrão de massa conhecida. A unidade de massa recomendada pelos cientistas internacionalmente é o quilograma (kg).
1 quilograma (Kg)
equivale a
0,001 ton
1 000 g
1 000 000 mg
Volume: é a medida do espaço ocupado por um corpo. As unidades de volume são derivadas das unidades de distância. A unidade de distância recomendada pelo SI é o metro. Geralmente, usamos as unidades litro (L) e mililitro (mL), que são correspondentes a dm3 e cm3, respectivamente.
1 dm3 ou 1 L
equivale a
0,001 m3
1 000 mL
Comparando dois cubos iguais
Observe a figura:
Os dois cubos são idênticos em relação ao volume, porém suas massas são diferentes. Por que isto acontece?
Essa grandeza, que expressa qual é a massa de um corpo em certo volume desse corpo, é chamada de densidade, que indica qual é a massa que há em um certo volume do material. Em geral, a massa é expressa em gramas, e o volume, em centímetros cúbicos (g/cm3).
Matematicamente: onde: d é densidade, m é massa e V é volume
Portanto, a densidade é uma razão entre a massa e o volume de um corpo. Por exemplo, a densidade do alumínio é 2,7 g/cm3. Diz-se 2,7 gramas por centímetro cúbico.
Determinando a densidade de um sólido regular
Numa balança, determina-se a massa do sólido. O volume pode ser medido pelo deslocamento de um líquido dentro de uma proveta. Usando-se a fórmula, calcula-se a densidade dividindo a massa obtida na pesagem pelo volume lido no deslocamento do líquido (fig.10; pág. 38).
Obs: A densidade de um sólido depende da temperatura em que ele se encontra.
Substâncias
Densidade (g/cm3)
Alumínio
2,7
Ferro
7,86
Chumbo
11,3
Cobre
8,9
Ouro
19,3
Platina
21,5
Cloreto de sódio
2,17
Diamante
3,51
A tabela de densidades indica que a densidade do ouro é 19,3 g/cm3, isto é, cada cm3 de ouro tem uma massa de 19,3 g. Por isso, um objeto de ouro é muito pesado. A platina tem uma densidade maior do que o ouro: 21,5 g/cm3.
Densidade de sólidos e as partículas
As diferenças de densidade de substâncias no estado sólido podem ser explicadas com o modelo de partículas da Teoria Atômico-Molecular quando se pensa de duas maneiras diferentes:
a) Que as partículas de substâncias diferentes tenham massas diferentes.
Imagine que as partículas de determinada substâncias sejam esféricas, do mesmo tamanho que as partículas de outra, organizadas da mesma maneira, porém mais pesadas.
Fig.13
Com volumes iguais, qual o cubo mais denso?
R: A densidade da substância que tiver as partículas mais pesadas vai ser maior.
b) Que as partículas das duas substâncias tenham a mesma massa, sejam do mesmo tamanho, porém estejam organizadas de maneira diferente.
Fig.14
Com massas iguais, qual corpo é mais denso?
R: A densidade da substância que tiver suas partículas mais compactadas, devido à organização estrutural interna, vai ser maior.
Densidade dos líquidos e as partículas
Admite-se que as partículas de um líquido estejam em movimento, portanto as densidades não podem ser explicadas pela organização de uma estrutura. São mais plausíveis explicações que considerem as massas de cada partícula e seus tamanhos e as distâncias entre elas. Assim, considerando-se as substâncias mais densas teriam as partículas mais pesadas e/ou mais juntas.
Por exemplo, se você comparar a massa de um litro de álcool etílico com a massa de um litro de água, verá que um litro de água pesa mais. A densidade da água a 25 °C é 1,0 g/cm3, isto é, cada centímetro cúbico de água tem massa de 1,0 g. O álcool etílico tem densidade igual a 0,79 g/cm3, portanto cada centímetro cúbico de álcool tem massa de 0,79 g.
Como o volume de um líquido pode ser medido diretamente num recipiente com uma proveta, a determinação experimental da densidade de um líquido pode ser feita medindo-se o volume num instrumento de medida de volume de laboratório e a massa em uma balança. Para medir a massa de um líquido numa balança, é preciso sempre medir a massa do recipiente que acondiciona o líquido e subtrair a diferença. .
Porém, há instrumentos que medem a densidade indiretamente, explorando uma propriedade dos líquidos: corpos menos densos que o líquido flutuam nele.
Conclusão sobre as densidades das substâncias no estado líquido
As substâncias no estado líquido têm uma densidade definida, portanto a densidade pode ser medida com facilidade usando-se densímetros (leia box à página 46). É outra propriedade que permite identificá-Ias.
Observe e analise a tabela 10, que mostra algumas densidades de substâncias que são líquidas à temperatura de 25°C.
Substância
Densidade
(g/cm3)
Água
1,00
Glicerina
1,26
Etanol (álcool etílico)
0,79
Éter etílico
0,71
Metanol
0,79
Benzeno
0,88
Acetona
0,79
Acetato de etila
0,90
Tetracloreto de carbono
1,59
Tabela 10 - Densidades de algumas substâncias no estado líquido, à temperatura de 25°C.
A densidade de misturas
A densidade de uma mistura varia conforme a sua composição. Por exemplo, misturas de água com álcool têm densidades que variam de acordo com a quantidade dos componentes.
A tabela abaixo indica as densidades de misturas água/álcool para algumas misturas.
% em volume de etanol
na mistura água/etanol
Densidades
(g/cm3)
0
1,000
2,5
0,996
5,0
0,993
7,5
0,990
10,0
0,986
12,5
0,984
15,0
0,981
17,5
0,978
20,0
0,975
22,5
0,972
25,0
0.970
27,5
0,967
30,0
0,963
32,5
0,960
35,0
0,957
37,5
0,953
40,0
0.949
42,5
0,945
45,0
0,940
47,5
0,937
50,0
0,931
52,5
0,926
55,0
0,920
57,5
0,916
60,0
0,911
62,5
0,905
65,0
0,899
67,5
0,893
70,0
0,887
72,5
0,881
75,0
0,874
77,5
0,866
80,0
0,860
82,5
0,854
85,0
0,846
87,5
0,838
90,0
0,830
92,5
0,822
95,0
0,813
97,5
0,803
100,0
0,791
Exercícios
Solubilidade
Algumas substâncias se dissolvem em outras com facilidade, por exemplo, água e álcool. Outras substâncias não se dissolvem com a mesma facilidade, como por exemplo, água e óleo vegetal. Por que isso ocorre? Por que algumas substâncias dissolvem e outras não?
Quando se adiciona uma substância à outra, e ela se mistura completamente formando um material homogêneo, diz-se que uma substância se dissolveu na outra. A substância que é dissolvida é chamada de soluto, e a que dissolve o soluto é chamada de solvente.
O soluto é dissolvido pelo solvente. O solvente dissolve o soluto.
Quase sempre é fácil caracterizar o soluto e o solvente. Por exemplo, no caso de adicionar sal na água, o sal é soluto, e a água é o solvente. Porém, às vezes não fica tão fácil caracterizar qual substância dissolveu e qual substância foi dissolvida, como no caso de água e álcool em proporções iguais.
Seguindo este raciocínio, temos a solubilidade como propriedade da matéria e pode ser definido como a quantidade máxima de uma substância que é possível dissolver-se numa determinada quantidade de solvente, a certa temperatura. A solubilidade é expressa em gramas de soluto por 100 gramas de solvente.
Ela depende de vários fatores:
Ø Do solvente usado: uma substância pode ser solúvel num determinado solvente e insolúvel em outro;
Ø Da quantidade de solvente utilizada;
Ø Da quantidade de substância utilizada;
Ø Da temperatura em que se faz a dissolução.
Por exemplo: a solubilidade do sulfato de cobre (II) em água é 20,7 g/100 g de água a 20°C. Isso significa que, em 100 g de água é possível dissolver, no máximo; 20,7 g de sulfato de cobre (II) a 20°C. Veja a tabela:
Substância
Solubilidade
(g/100 g de água)
Sulfato de cobre (II)
20,7
Nitrato de potássio
31,6
Enxofre
0
Silicato de magnésio (talco)
0
Bicarbonato de sódio
9,6
lodo
0,029
Álcool etílico
infinita
Cloreto de sódio
36,0
Tabela 12 - Solubilidade de algumas substâncias a 20°C
Soluções saturadas: São aquelas em que não é possível dissolver mais nada de um soluto. Nelas já se atingiu a quantidade máxima de soluto possível de dissolver naquela quantidade de solvente.
Soluções insaturadas: São aquelas em que ainda é possível dissolver mais de um determinado soluto.
Como a solubilidade varia com a temperatura, é sempre necessário expressar qual é a temperatura em que a solubilidade foi determinada. A solubilidade de uma substância em geral aumenta com maiores temperaturas, porém isso não é uma regra geral. O gráfico 5 mostra a variação da solubilidade de algumas substâncias com a variação de temperatura.
Gráfico 5 - Variação da solubilidade de algumas substâncias com a variação de temperatura.
Síntese: as substâncias e as propriedades físicas
Qualquer material encontrado no planeta e fora dele é formado de substâncias. As substâncias podem ser identificadas através de suas propriedades. Muitas vezes, uma substância é encontrada misturada com outra(s) substância(s); nesse caso, se necessário, a substância desejada é separada das outras.
Cada substância tem um único conjunto de propriedades que a caracteriza. Às vezes uma substância tem alguma propriedade organoléptica, tal como cheiro, cor, sabor, que lhe é muito característica. Isso ajuda muito na sua identificação. A amônia tem um cheiro tão próprio que dificilmente alguém se enganaria ao manuseá-Ia. Outras substâncias parecem não ter cor nem cheiro, nem sabor como, por exemplo, a insípida, inodora e aparente incolor água.
As propriedades das substâncias são muitas: tenacidade, ductilidade, condutibilidade térmica, condutibilidade elétrica, índice de refração, dureza, viscosidade e outras. Contudo, na Química utilizam-se principalmente as quatro propriedades estudadas neste capítulo: temperatura de ebulição, temperatura de fusão, densidade e solubilidade, além, é claro, das propriedades organolépticas. O conjunto dessas propriedades caracteriza uma substância. A tabela 13 exibe as propriedades de algumas substâncias.
Substância
Temperatura de fusão (°C)
Temperatura de ebulição (°C)
Solubilidade em água (g/100g de água)
Densidade a 20°C (g/cm3)
Cor no estado físico à temperatura ambiente
Água
0
100
--
1,0
aparentemente incolor
Álcool etílico
-117
78,5
∞
0,789
incolor
Acetona
-95,35
56,2
∞
0,790
incolor
Ácido sulfúrico
10,36
340
∞
1,84
incolor
Mercúrio
-38,87
356,7
insolúvel
13,55
prateado
Naftaleno
80,5
218
0,003
1,025
branco
Sulfato de cobre (II)
110
150
20,7
2,284
azul
Ferro
1535
2885
insolúvel
7,86
prateado
Alumínio
660
2467
insolúvel
2,70
prateado
Benzeno
5,5
80,1
0,07
0,879
incolor
Tolueno
-95
110,6
insolúvel
0,867
incolor
Trinitrotolueno (TNT)
82
explode a 240
0,15 a quente
1,65
branco
Chumbo
327,5
1740
insolúvel
11,3
cinza prateado escuro
Estanho
231,97
2270
insolúvel
7,3
prateado
Zinco
420
--
insolúvel
7,1
prateado
Crômio
1875
--
insolúvel
7,2
prateado
Níquel
1453
--
insolúvel
8,9
prateado
Cobalto
1495
--
insolúvel
8,9
prateado
Analisando a tabela 13, você pode constatar que existem algumas substâncias com temperaturas de fusão muito próximas, por exemplo, a acetona (-95,35°C) e o tolueno (-95°C), e outras, como, naftaleno (80,5°C) e o trinitrotolueno (82°C). Porém as outras propriedades são bem diferentes: a acetona e tolueno têm temperaturas de ebulição bem diferentes; tolueno (110,6 °C) e acetona (56°C), o que sugeriria distingui-Ios pela medida dos seus pontos de ebulição. Contudo um químico mais experiente sabe que isso não é nada recomendável, já que ambos os líquidos são altamente inflamáveis. Nesse caso, pode-se distingui-Ios pelas densidades que são relativamente próximas. Seria necessário um densímetro bem preciso. Mas a diferença entre as solubilidades indica que a melhor maneira para distingui-Ios é fazer uso dessa propriedade. Em dois tubos de ensaio com água, coloca-se uma gota de cada líquido; o que não dissolver é o tolueno.
O exemplo mostra que a caracterização de uma substância e, muitas vezes, a necessária distinção de outras pode e deve ser feita com o uso de uma ou de outra propriedade, dependendo de vários fatores que precisam ser analisados caso a caso.
Como prever em qual estado físico encontra-se uma substância, a certa temperatura?
A temperatura de ebulição e o estado físico da substância
A uma temperatura acima da temperatura de ebulição, a substância estará no estado gasoso. A uma temperatura abaixo da temperatura de ebulição, essa mesma substância estará líquida ou sólida.
Exemplo:
1. Qual é o estado físico da água a 130°C?
2. Qual é o estado físico do ferro na superfície do sol a 3 000 °C?
Temperatura de liquefação
Será que a temperatura de liquefação de uma substância é igual à temperatura de ebulição?
R: Toda substância se liquefaz à mesma temperatura em que ferve. A temperatura de liquefação de uma substância é outra propriedade característica das substâncias.
Temperatura de fusão e o estado físico de uma substância
Uma substância acondicionada a uma temperatura abaixo da sua temperatura de fusão se encontra no estado sólido. Essa mesma substância, a uma temperatura acima da sua temperatura de fusão, encontra-se no estado líquido ou gasoso, dependendo da temperatura em que a substância estiver ser maior ou não do que a sua temperatura de ebulição.
Temperatura de solidificação
Será que a temperatura de fusão de uma substância é igual à temperatura de solidificação?
R: Toda substância se fundi à mesma temperatura em que solidifica.
Resumindo: para prever em qual estado físico uma substância é encontrada, precisamos comparar a temperatura do local onde a substância se situa com suas temperaturas de fusão e de ebulição.
ü Se a temperatura em que a substância estiver for menor do que sua temperatura de fusão, ela estará no estado sólido.
ü Se a temperatura em que a substância estiver for maior do que sua temperatura de ebulição, ela estará no estado gasoso.
ü Se a temperatura em que a substância estiver for maior do que a sua temperatura de fusão, porém menor do que a sua temperatura de ebulição, ela se encontrará no estado líquido.
Obs: a) a fusão e a ebulição são processos endotérmicos, isto é, necessita de receber energia do ambiente para ocorrer.
b) a liquefação e a solidificação são exotérmicos, ou seja, a energia é liberada no decorrer do processo.
c) A pressão influi na temperatura de fusão e de ebulição de uma substância. Por essa razão, a tabela de temperatura de fusão e de ebulição das substâncias indica sempre a pressão em que a medida foi realizada, em geral em ambiente ao nível do mar a uma atmosfera (1 atm).
d) um exemplo da influencia da pressão é a utilização da “panela de pressão” para cozinhar os alimentos mais rapidamente (pág. 21).
Exercícios
Estados físicos e a matéria
São três os estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso. As substâncias podem ser encontradas nos três estados físicos dependendo da temperatura e da pressão a que estão submetidas.O ferro é sólido em qualquer região da superfície do planeta; porém, se aquecido acima de sua temperatura de fusão (1 535°C), se liquefaz. O gás butano, que é usado nos isqueiros, torna-se líquido se resfriado e pressionado. Assim que escapa da alta pressão de dentro do cilindro, ele se vaporiza, voltando ao estado gasoso.
Alguns materiais parecem não ser sólidos nem líquidos, nem gasosos, porém a maior parte desses materiais são misturas de substâncias em mais de um estado.
Por exemplo: leite é uma mistura de água com gorduras (não dissolvidas na água, estado líquido), lactose (dissolvida na água), proteínas (estado sólido), sais minerais (dissolvidos no líquido) e outras substâncias.
Características gerais dos três estados físicos
Sólido
Líquido
Gás
Forma
Definida
Variável
Variável
Volume
Praticamente invariável
Praticamente invariável
Muito variável
Compressibilidade
Quase nenhuma
Pouca
Grande
Dilatação térmica
Pequena
Pequena
Grande
Quadro 1 - Resumo das características gerais dos estados físicos.
O estado líquido e as partículas
Ao se observar um líquido este se apresenta por igual, com a mesma aparência. Essa continuidade também é notada quando se observa uma porção de água utilizando-se um microscópio de maior poder de resolução até hoje existente. Porém, você já deve ter lido ou ouvido falar que a água é formada por partículas chamadas de moléculas. Onde estão as moléculas?
As moléculas não são vistas nem com o uso de microscópios de altíssimo poder de resolução. As moléculas fazem parte da Teoria Atômico-Molecular, (um conjunto de idéias que explicam as propriedades e transformações que ocorrem com a matéria, mesmo que as moléculas não possam ser vistas a olho nu).
Obs: microscópios de maior poder de resolução conseguem imagens de partículas de 10-6 cm e uma molécula de água tem uma dimensão de 10-8 cm.
Uma característica do estado líquido é não ter uma forma definida. Como isso pode ser explicado considerando-se a substância no estado líquido formada de partículas?
Admite-se que as partículas no estado líquido estejam próximas umas das outras; porém, elas se movimentam, isto é, elas não estão fixas, e não há uma organização entre elas. Quanto maior a temperatura do líquido, maior é a movimentação das partículas. Assim, a energia tem o papel de aumentar a agitação das partículas, mantendo praticamente as mesmas distâncias umas das outras.
O estado sólido e as partículas
Uma característica do estado sólido é ter uma forma definida. Como isso pode ser explicado considerando-se a substância no estado sólido formada de partículas?
Admite-se que as partículas no estado sólido estejam próximas umas das outras; porém, diferentemente do líquido em que as partículas se movimentam, umas em relação às outras, elas estão "paradas", organizadas, formando um bloco mais "rígido" com uma forma definida. No estado sólido, o movimento é principalmente de vibração; há quase nenhum movimento de translação, e quanto maior a temperatura, maior é esse movimento de vibração.
O estado gasoso e as partículas
Os gases não têm forma nem volume definidos. Como o estado gasoso pode ser entendido com o modelo de partículas? Admite-se que as partículas no estado gasoso tenham muito movimento de translação e de rotação e estejam muito distantes umas das outras.
Ver fig. 6 pág. 32
Analisando e interpretando os gráficos das mudanças de estado físico
Durante o aquecimento da água no estado sólido, a energia provoca a mudança de temperatura, que vai aumentando até atingir a temperatura de fusão. Porém, durante a fusão, a temperatura permanece constante até que toda a água se funda. Durante o aquecimento no estado líquido, a temperatura se eleva gradativamente; mas, ao atingir a temperatura de ebulição, a temperatura se estabiliza: permanece a mesma durante toda a ebulição.
Gráfico 3 – Variações de temperatura durante as mudanças de estado físico da água.
Análise do gráfico da variação de temperatura de uma mistura durante as mudanças de estado
A principal diferença entre os gráficos de mudanças de estado de uma substância e de uma mistura está na variação ou não da temperatura durante as mudanças de estado. Enquanto a temperatura durante a mudança de estado de uma substância se estabiliza, a temperatura durante a mudança de estado de uma mistura varia.
As substâncias: suas temperaturas de fusão, de ebulição e as partículas
As substâncias têm uma temperatura de fusão e de ebulição; já as misturas não têm uma única temperatura de fusão nem de ebulição. Como explicar esses fatos com o modelo de partículas?
Para explicá-Ios, vamos admitir que as partículas de uma mesma substância sejam iguais; assim, elas se atraem com a mesma força e precisam, para a mudança de estado, atingir a mesma energia para se separarem na ebulição ou adquirirem movimento na fusão.
Assim, pode-se explicar, por exemplo, por que uma substância tem maior temperatura de fusão do que a outra pensando em maior atração entre as partículas de uma substância que tenha maior ponto de fusão. A idéia de que a energia provoca mudanças de estado e, conseqüentemente, promove o movimento das partículas permite comparar a atração entre as partículas (inobservável) comparando as temperaturas de fusão (observável).
Densidade de substâncias
Introdução: outra propriedade que permite identificar substâncias é a densidade. Para entender o que é densidade e como se utiliza esta propriedade para identificar substâncias, acompanhe os raciocínios a seguir.
1. Existem panelas feitas de alumínio, de aço inox e de cobre. Como diferenciar essas panelas?
2. É correto dizer que uma peça de alumínio é mais leve do que uma peça de ferro? Mesmo que elas sejam de tamanhos bem diferentes?
3. Você seria capaz de erguer uma estátua de alumínio de uma pessoa? E uma estátua de ferro?
Massa e volume
Massa e volume são grandezas fundamentais para o estudo da matéria. Afinal, matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço, ou seja, tem volume.
Massa: podemos considerar como uma medida da quantidade de determinado material. A determinação da massa ocorre por comparação da amostra com um padrão de massa conhecida. A unidade de massa recomendada pelos cientistas internacionalmente é o quilograma (kg).
1 quilograma (Kg)
equivale a
0,001 ton
1 000 g
1 000 000 mg
Volume: é a medida do espaço ocupado por um corpo. As unidades de volume são derivadas das unidades de distância. A unidade de distância recomendada pelo SI é o metro. Geralmente, usamos as unidades litro (L) e mililitro (mL), que são correspondentes a dm3 e cm3, respectivamente.
1 dm3 ou 1 L
equivale a
0,001 m3
1 000 mL
Comparando dois cubos iguais
Observe a figura:
Os dois cubos são idênticos em relação ao volume, porém suas massas são diferentes. Por que isto acontece?
Essa grandeza, que expressa qual é a massa de um corpo em certo volume desse corpo, é chamada de densidade, que indica qual é a massa que há em um certo volume do material. Em geral, a massa é expressa em gramas, e o volume, em centímetros cúbicos (g/cm3).
Matematicamente: onde: d é densidade, m é massa e V é volume
Portanto, a densidade é uma razão entre a massa e o volume de um corpo. Por exemplo, a densidade do alumínio é 2,7 g/cm3. Diz-se 2,7 gramas por centímetro cúbico.
Determinando a densidade de um sólido regular
Numa balança, determina-se a massa do sólido. O volume pode ser medido pelo deslocamento de um líquido dentro de uma proveta. Usando-se a fórmula, calcula-se a densidade dividindo a massa obtida na pesagem pelo volume lido no deslocamento do líquido (fig.10; pág. 38).
Obs: A densidade de um sólido depende da temperatura em que ele se encontra.
Substâncias
Densidade (g/cm3)
Alumínio
2,7
Ferro
7,86
Chumbo
11,3
Cobre
8,9
Ouro
19,3
Platina
21,5
Cloreto de sódio
2,17
Diamante
3,51
A tabela de densidades indica que a densidade do ouro é 19,3 g/cm3, isto é, cada cm3 de ouro tem uma massa de 19,3 g. Por isso, um objeto de ouro é muito pesado. A platina tem uma densidade maior do que o ouro: 21,5 g/cm3.
Densidade de sólidos e as partículas
As diferenças de densidade de substâncias no estado sólido podem ser explicadas com o modelo de partículas da Teoria Atômico-Molecular quando se pensa de duas maneiras diferentes:
a) Que as partículas de substâncias diferentes tenham massas diferentes.
Imagine que as partículas de determinada substâncias sejam esféricas, do mesmo tamanho que as partículas de outra, organizadas da mesma maneira, porém mais pesadas.
Fig.13
Com volumes iguais, qual o cubo mais denso?
R: A densidade da substância que tiver as partículas mais pesadas vai ser maior.
b) Que as partículas das duas substâncias tenham a mesma massa, sejam do mesmo tamanho, porém estejam organizadas de maneira diferente.
Fig.14
Com massas iguais, qual corpo é mais denso?
R: A densidade da substância que tiver suas partículas mais compactadas, devido à organização estrutural interna, vai ser maior.
Densidade dos líquidos e as partículas
Admite-se que as partículas de um líquido estejam em movimento, portanto as densidades não podem ser explicadas pela organização de uma estrutura. São mais plausíveis explicações que considerem as massas de cada partícula e seus tamanhos e as distâncias entre elas. Assim, considerando-se as substâncias mais densas teriam as partículas mais pesadas e/ou mais juntas.
Por exemplo, se você comparar a massa de um litro de álcool etílico com a massa de um litro de água, verá que um litro de água pesa mais. A densidade da água a 25 °C é 1,0 g/cm3, isto é, cada centímetro cúbico de água tem massa de 1,0 g. O álcool etílico tem densidade igual a 0,79 g/cm3, portanto cada centímetro cúbico de álcool tem massa de 0,79 g.
Como o volume de um líquido pode ser medido diretamente num recipiente com uma proveta, a determinação experimental da densidade de um líquido pode ser feita medindo-se o volume num instrumento de medida de volume de laboratório e a massa em uma balança. Para medir a massa de um líquido numa balança, é preciso sempre medir a massa do recipiente que acondiciona o líquido e subtrair a diferença. .
Porém, há instrumentos que medem a densidade indiretamente, explorando uma propriedade dos líquidos: corpos menos densos que o líquido flutuam nele.
Conclusão sobre as densidades das substâncias no estado líquido
As substâncias no estado líquido têm uma densidade definida, portanto a densidade pode ser medida com facilidade usando-se densímetros (leia box à página 46). É outra propriedade que permite identificá-Ias.
Observe e analise a tabela 10, que mostra algumas densidades de substâncias que são líquidas à temperatura de 25°C.
Substância
Densidade
(g/cm3)
Água
1,00
Glicerina
1,26
Etanol (álcool etílico)
0,79
Éter etílico
0,71
Metanol
0,79
Benzeno
0,88
Acetona
0,79
Acetato de etila
0,90
Tetracloreto de carbono
1,59
Tabela 10 - Densidades de algumas substâncias no estado líquido, à temperatura de 25°C.
A densidade de misturas
A densidade de uma mistura varia conforme a sua composição. Por exemplo, misturas de água com álcool têm densidades que variam de acordo com a quantidade dos componentes.
A tabela abaixo indica as densidades de misturas água/álcool para algumas misturas.
% em volume de etanol
na mistura água/etanol
Densidades
(g/cm3)
0
1,000
2,5
0,996
5,0
0,993
7,5
0,990
10,0
0,986
12,5
0,984
15,0
0,981
17,5
0,978
20,0
0,975
22,5
0,972
25,0
0.970
27,5
0,967
30,0
0,963
32,5
0,960
35,0
0,957
37,5
0,953
40,0
0.949
42,5
0,945
45,0
0,940
47,5
0,937
50,0
0,931
52,5
0,926
55,0
0,920
57,5
0,916
60,0
0,911
62,5
0,905
65,0
0,899
67,5
0,893
70,0
0,887
72,5
0,881
75,0
0,874
77,5
0,866
80,0
0,860
82,5
0,854
85,0
0,846
87,5
0,838
90,0
0,830
92,5
0,822
95,0
0,813
97,5
0,803
100,0
0,791
Exercícios
Solubilidade
Algumas substâncias se dissolvem em outras com facilidade, por exemplo, água e álcool. Outras substâncias não se dissolvem com a mesma facilidade, como por exemplo, água e óleo vegetal. Por que isso ocorre? Por que algumas substâncias dissolvem e outras não?
Quando se adiciona uma substância à outra, e ela se mistura completamente formando um material homogêneo, diz-se que uma substância se dissolveu na outra. A substância que é dissolvida é chamada de soluto, e a que dissolve o soluto é chamada de solvente.
O soluto é dissolvido pelo solvente. O solvente dissolve o soluto.
Quase sempre é fácil caracterizar o soluto e o solvente. Por exemplo, no caso de adicionar sal na água, o sal é soluto, e a água é o solvente. Porém, às vezes não fica tão fácil caracterizar qual substância dissolveu e qual substância foi dissolvida, como no caso de água e álcool em proporções iguais.
Seguindo este raciocínio, temos a solubilidade como propriedade da matéria e pode ser definido como a quantidade máxima de uma substância que é possível dissolver-se numa determinada quantidade de solvente, a certa temperatura. A solubilidade é expressa em gramas de soluto por 100 gramas de solvente.
Ela depende de vários fatores:
Ø Do solvente usado: uma substância pode ser solúvel num determinado solvente e insolúvel em outro;
Ø Da quantidade de solvente utilizada;
Ø Da quantidade de substância utilizada;
Ø Da temperatura em que se faz a dissolução.
Por exemplo: a solubilidade do sulfato de cobre (II) em água é 20,7 g/100 g de água a 20°C. Isso significa que, em 100 g de água é possível dissolver, no máximo; 20,7 g de sulfato de cobre (II) a 20°C. Veja a tabela:
Substância
Solubilidade
(g/100 g de água)
Sulfato de cobre (II)
20,7
Nitrato de potássio
31,6
Enxofre
0
Silicato de magnésio (talco)
0
Bicarbonato de sódio
9,6
lodo
0,029
Álcool etílico
infinita
Cloreto de sódio
36,0
Tabela 12 - Solubilidade de algumas substâncias a 20°C
Soluções saturadas: São aquelas em que não é possível dissolver mais nada de um soluto. Nelas já se atingiu a quantidade máxima de soluto possível de dissolver naquela quantidade de solvente.
Soluções insaturadas: São aquelas em que ainda é possível dissolver mais de um determinado soluto.
Como a solubilidade varia com a temperatura, é sempre necessário expressar qual é a temperatura em que a solubilidade foi determinada. A solubilidade de uma substância em geral aumenta com maiores temperaturas, porém isso não é uma regra geral. O gráfico 5 mostra a variação da solubilidade de algumas substâncias com a variação de temperatura.
Gráfico 5 - Variação da solubilidade de algumas substâncias com a variação de temperatura.
Síntese: as substâncias e as propriedades físicas
Qualquer material encontrado no planeta e fora dele é formado de substâncias. As substâncias podem ser identificadas através de suas propriedades. Muitas vezes, uma substância é encontrada misturada com outra(s) substância(s); nesse caso, se necessário, a substância desejada é separada das outras.
Cada substância tem um único conjunto de propriedades que a caracteriza. Às vezes uma substância tem alguma propriedade organoléptica, tal como cheiro, cor, sabor, que lhe é muito característica. Isso ajuda muito na sua identificação. A amônia tem um cheiro tão próprio que dificilmente alguém se enganaria ao manuseá-Ia. Outras substâncias parecem não ter cor nem cheiro, nem sabor como, por exemplo, a insípida, inodora e aparente incolor água.
As propriedades das substâncias são muitas: tenacidade, ductilidade, condutibilidade térmica, condutibilidade elétrica, índice de refração, dureza, viscosidade e outras. Contudo, na Química utilizam-se principalmente as quatro propriedades estudadas neste capítulo: temperatura de ebulição, temperatura de fusão, densidade e solubilidade, além, é claro, das propriedades organolépticas. O conjunto dessas propriedades caracteriza uma substância. A tabela 13 exibe as propriedades de algumas substâncias.
Substância
Temperatura de fusão (°C)
Temperatura de ebulição (°C)
Solubilidade em água (g/100g de água)
Densidade a 20°C (g/cm3)
Cor no estado físico à temperatura ambiente
Água
0
100
--
1,0
aparentemente incolor
Álcool etílico
-117
78,5
∞
0,789
incolor
Acetona
-95,35
56,2
∞
0,790
incolor
Ácido sulfúrico
10,36
340
∞
1,84
incolor
Mercúrio
-38,87
356,7
insolúvel
13,55
prateado
Naftaleno
80,5
218
0,003
1,025
branco
Sulfato de cobre (II)
110
150
20,7
2,284
azul
Ferro
1535
2885
insolúvel
7,86
prateado
Alumínio
660
2467
insolúvel
2,70
prateado
Benzeno
5,5
80,1
0,07
0,879
incolor
Tolueno
-95
110,6
insolúvel
0,867
incolor
Trinitrotolueno (TNT)
82
explode a 240
0,15 a quente
1,65
branco
Chumbo
327,5
1740
insolúvel
11,3
cinza prateado escuro
Estanho
231,97
2270
insolúvel
7,3
prateado
Zinco
420
--
insolúvel
7,1
prateado
Crômio
1875
--
insolúvel
7,2
prateado
Níquel
1453
--
insolúvel
8,9
prateado
Cobalto
1495
--
insolúvel
8,9
prateado
Analisando a tabela 13, você pode constatar que existem algumas substâncias com temperaturas de fusão muito próximas, por exemplo, a acetona (-95,35°C) e o tolueno (-95°C), e outras, como, naftaleno (80,5°C) e o trinitrotolueno (82°C). Porém as outras propriedades são bem diferentes: a acetona e tolueno têm temperaturas de ebulição bem diferentes; tolueno (110,6 °C) e acetona (56°C), o que sugeriria distingui-Ios pela medida dos seus pontos de ebulição. Contudo um químico mais experiente sabe que isso não é nada recomendável, já que ambos os líquidos são altamente inflamáveis. Nesse caso, pode-se distingui-Ios pelas densidades que são relativamente próximas. Seria necessário um densímetro bem preciso. Mas a diferença entre as solubilidades indica que a melhor maneira para distingui-Ios é fazer uso dessa propriedade. Em dois tubos de ensaio com água, coloca-se uma gota de cada líquido; o que não dissolver é o tolueno.
O exemplo mostra que a caracterização de uma substância e, muitas vezes, a necessária distinção de outras pode e deve ser feita com o uso de uma ou de outra propriedade, dependendo de vários fatores que precisam ser analisados caso a caso.
segunda-feira, 29 de novembro de 2010
segunda-feira, 22 de novembro de 2010
quinta-feira, 18 de novembro de 2010
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