BC0102: ESTRUTURA DA MATÉRIA

HIPÓTESE ATÔMICA

Crédito: Sprace

André Sarto Polo

andre.polo@ufabc.edu.br

http://sqbf.ufabc.edu.br/disciplinas/BC0102.phpSENHA:

emat

Estados da matéria

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O conceito de átomo antecede a ciência moderna:

Hipótese Atômica

� Origem na antiga Grécia

� Discussão da divisibilidade de matéria

� A partir do século XVII – avanços da ciência na � A partir do século XVII – avanços da ciência na explicação de fenômenos naturais – metodologia científica

A incerteza na medida• Todas as medidas científicas estão sujeitas a erro.• Esses erros são refletidos no número de algarismos informados

para a medida.

Precisão e Exatidão de Medidas Experimentais

para a medida.

Precisão e exatidão• As medidas que estão próximas do valor “correto” são exatas.

• As medidas que estão próximas entre si são precisas.

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Hipótese na AntiquidadeNo séc. V e III a.C., conjecturou-se que a matéria seria composta departículas minúsculas e indestrutíveis que caminham no vazio(vácuo).

O filósofo grego Demócrito no século VI a. c. propôs a hipótese deque a matéria é composta de átomos, partículas muito pequenas,indivisíveis, indistingüíveis e eternas. As diferentes propriedades damatéria viriam dos diferentes tipos de arranjos que essas partículasfariam para compor o objeto.

Demócrito Leucipo EpicuroOs átomos de

Várias formas

Conceito de elementosAté o século XVII preveleceu a ideia dos 4 elementos primordiais:

�Água�Fogo�Terra�Terra

�Ar

Folha de papel: terraterra, pois a folha cai caso seja solta; um pouco de

águaágua, o que a torna maleável; e, de fogofogo, pois sua cor é branca.

Conceito de elementos

Boyle define elementos como sendo certos corpos não formados por quaisquer outros corpos não formados por quaisquer outros corpos, ou seja, são ingredientes dos quais

todos os corpos são feitos.

� Evolução da química: estudos qualitativos → ciência exata, estudos quantitativos.

Origens da Teoria Atômica e da Química

� Séc. XVIII: contribuição de Lavoisier para a sistematização e quantificação da química.

Lavoisier: um elemento químico é amenor porção de uma substância queainda apresenta as mesmas propri-edades químicas e não pode ser sub-dividido e outros elementos.

Bases Experimentais para a Teoria Atômica

1) Lei da conservação das massas1) Lei da conservação das massas

2) Lei das proporções definidas

3) Lei das proporções múltiplas

Lei da Conservação de Massas

A massa total é a mesma antes e após uma reação química.

“Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”.

—CH4 + 2 O2 —→ CO2 + 2 H2O

A conservação de massas é compatível com a idéia deque a matéria é composta por unidades básicas (átomos),que não são criados e nem destruídos durante umatransformação química, e sim apenas rearranjados.

Lei das Composições Definidas

Todas as amostras puras de um dado composto, inde-pendente de suas origens, contêm as mesmas massasrelativas de cada componente elementar.

proporções em termos de massa na água:

11,1 % de hidrogênio + 88,9 % de oxigênio

O fato de as composições das substâncias serem bemdefinidas é compatível com a idéia de que elas sãocompostas por átomos de diferentes tipos. Diferentesátomos combinam-se em proporções definidas e cada tipode átomo possui uma massa característica.

Lei das Proporções Múltiplas

Se dois elementos formam mais de um composto, então osdiferentes pesos de um deles que se combinam com omesmo peso do outro guardam entre si uma razão denúmeros inteiros simples.números inteiros simples.

Ex.: oxigênio e enxofre formam dois compostos binários ...

composto 1: mO(comp 1) / mS = 1

composto 2: mO(comp 2) / mS = 1,5 composto 2: mO(comp 2) / mS = 1,5

mO(comp 1)/mO(comp 2) = 2/3

... de fato, os compostos são SO2 e SO3, respectivamente.

Modelo Atômico de Dalton (1808)

Toda substância é composta de pequenasToda substância é composta de pequenas

partículas indivisíveis chamadas átomos.

Modelo Atômico de Dalton (1808)

� Todos os átomos de um mesmo elemento apresentam asmesmas propriedades. Átomos de diferentes elementos químicostêm propriedades químicas diferentes.têm propriedades químicas diferentes.

� Durante uma reação química, nenhum átomo de determinadoelemento desaparece ou se transforma em um átomo de outroelemento. Os átomos apenas se reagrupam (lei da conservação demassas).

� Formam-se substâncias compostas quando se combinam átomos� Formam-se substâncias compostas quando se combinam átomosdistintos de mais de um elemento. Num dado composto químico,os números relativos de átomos de cada elemento são definidos econstantes e podem expressar-se como inteiros ou frações simples(lei das proporções definidas e múltiplas).

Lei de Gay-Lussac: a pressão e temperaturaconstantes, os volumes de gases que secombinam quimicamente guardam entre siproporções simples.

Lei das Combinações Volumétricas

proporções simples.

1m³ de gás hidrogênio +

1m³ de gás oxigênio= 2m³ de vapor de água

1m³ de gás nitrogênio 1m³ de gás nitrogênio +

3 m³ de gás hidrogênio= 2m³ de vapor de amônia

1m³ de gás hidrogênio +

1m³ de gás cloro= 2m³ de cloreto de hidrogênio

“Tem que ser admitido que uma relação muito simplestambém existe entre os volumes de substâncias gasosas eo número de moléculas simples ou compostas que as

Hipótese de Avogadro (1811)

o número de moléculas simples ou compostas que asconstituem”.

“A primeira hipótese a se apresentar em relação a isso, eaparentemente a única admissível, é a suposição de que onúmero de moléculas integrantes em qualquer gás énúmero de moléculas integrantes em qualquer gás ésempre o mesmo para volumes iguais ou é sempreproporcional ao volume”.

Avogadro, A. Citado em Partington, J.R. A History of Chemistry: London: MacMillan, 1964, v. 4, p. 214.

Lei dos Gases (tema da próxima aula...)

• Lei de Boyle:

Podemos combiná-las em uma lei geral dos gases:

• Lei de Charles:

• Lei de Avogadro:

Podemos combiná-las em uma lei geral dos gases:

1 mol de átomos = 6,02 × 1023 átomos

Quantidade de Matéria e o Conceito de mol

constante de Avogadro (número de átomos presentes em 12 g de 12C)

Unidades Básicas do Sistema Internacional

constante de Avogadro (número de átomos presentes em 12 g de 12C)

1 1 molmol de de ÁtomosÁtomos de de DiversosDiversos ElementosElementos

1 mol de átomos = 6,02 × 1023 átomos

C12 g

S32 g

Número de grãos de areia numa quadra de vôlei de praia: ~ 5 × 1011

Pb207 g

Hg201 g

Cu64 g

Relações de massa entre os componentes de uma reação química:

CH4 + 2 O2 —→ CO2 + 2 H2O

Estequiometria

CH4 + 2 O2 —→ CO2 + 2 H2O

1 mol 2 mol 1 mol 2 mol

16 g 2 × 32 g 44 g 2 × 18 g

CONSERVAÇÃO DE MASSA

massa dos reagentes: 80 g massa dos produtos: 80 g

Equações Químicas

1°passo: representação de átomos e moléculas envolvidos na reação

hidrogênio + oxigênio —→ água

H2 + O2 —→ H2O

1°passo: representação de átomos e moléculas envolvidos na reação

H + O —→ H2O

INCORRETO:

as substâncias hidrogênio e

� �CORRETO:

porém ainda incompleto as substâncias hidrogênio e oxigênio não são formadas por átomos isolados, e sim por moléculas diatômicas

porém ainda incompleto (falta o balanceamento)

Equações Químicas

hidrogênio + oxigênio —→ água

2°passo: balanceamento da equação (encontrar a proporção entre os componentes, de modo que nenhum átomo seja criado nem destruído durante a reação química)

H2 + ½ O2 —→ H2O

2 H2 + O2 —→ 2 H2O H2 + O2 —→ H2O2� �INCORRETO: H2 + ½ O2 —→ H2O

CORRETOS

H2O2 representa a substância peróxido de hidrogênio, e não água

H2O22 H2O

Exemplo: Produção de Ferro

? Fe2O3 + ? C —→ ? Fe + ? CO2

Qual a massa de ferro metálico que pode ser obtida de 1 t de minério?Qual a massa de ferro metálico que pode ser obtida de 1 t de minério?

Massas molares: Fe (56 g/mol), C (12 g/mol), O (16 g/mol)

Elemento Químico: Conceito Atual (IUPAC)

1. Espécie de átomos, todos os átomos com o mesmo número de prótons no núcleo.

2. A substância química pura constituída por átomos com o mesmo número de prótons no núcleo. Às vezes, este conceito é chamado de “substância elementar”, distinta do conceito de elemento químico tal como definido no ítem 1. Usualmente, o termo elemento químico é usado para ambos os conceitos.

Substância Química

Matéria de composição constante, caracterizada pelas entidades (moléculas, unidades de fórmula, átomos) de que é constituída. Propriedades físicas, como densidade, índice de refração, condutividade elétrica, ponto de fusão, etc caracterizam a substância química.

Substâncias simples: Substâncias simples: formadas por átomos do mesmo elemento.

Substâncias compostas: Substâncias compostas: formadas por dois ou mais elementos

�Formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas sendo

Mistura

denominada componente.

�Como as misturas apresentam composição variável, têm

propriedades — como ponto de fusão, ponto de ebulição, propriedades — como ponto de fusão, ponto de ebulição,

densidade — diferentes daquelas apresentadas pelas

substâncias quando estudadas separadamente.

Mistura

Composição do ar:Composição do ar:

• gás nitrogênio (N2) = 78%;• gás oxigênio (O2) = 21%;• gás argônio (Ar) = 1%;• gás carbônico (CO2) = 0,03%.

Composição do ar:Composição do ar:

• gás nitrogênio (N2) = 78%;• gás oxigênio (O2) = 21%;• gás argônio (Ar) = 1%;• gás carbônico (CO2) = 0,03%.

Imagens: Química — volume único, João Usberco e Edgard Salvador, Saraiva - 5ª ed. reform.

Fase: Fase: cada uma das porções que apresenta aspecto visual

homogêneo (uniforme), o qual pode ser contínuo ou não,

Tipos de Misturas

mesmo quando observado ao microscópio comum.

Mistura homogênea: Mistura homogênea: toda mistura que apresenta uma única fase

Tipos de Misturas

� As misturas homogêneas são chamadas soluçõessoluções.

� Alguns exemplos: água de torneira, vinagre, ar, álcool

hidratado, pinga, gasolina, soro caseiro, soro fisiológico e

algumas ligas metálicas. algumas ligas metálicas.

� Além dessas, todas as misturas de quaisquer gases são

sempre misturas homogêneas.

Mistura heterogênea: Mistura heterogênea: toda mistura que apresenta pelo menos duas fases

Tipos de Misturas

Mistura heterogênea: Mistura heterogênea: toda mistura que apresenta pelo menos duas fases

� Alguns exemplos: água e óleo, areia, granito, madeira,

sangue, leite, água com gás.

� As misturas formadas por n sólidos apresentam n fases,

desde que estes sólidos não formem uma liga ou um cristal

misto.

Tipos de Misturas

Mistura heterogênea: Mistura heterogênea: toda mistura que apresenta pelo menos duas fases

Imagens: Química — volume único, João Usberco e Edgard Salvador, Saraiva - 5ª ed. reform.

SoluSoluçõesções versus versus EmulsõesEmulsões

açúcar + água: moléculas individuais dispersas no solventeno solvente

óleo + sabão + água: aglomerados de moléculas de

tamanho das partículas: ordem de 0,1 – 1 nm(moléculas pequenas)

óleo + sabão + água: aglomerados de moléculas deóleo (pequenas gotas) dispersas em água

tamanho das gotas: ordem de 50 nm – 1 µm

EfeitoEfeito TyndallTyndall

SOLUÇÃOEMULSÃO

EfeitoEfeito TyndallTyndall

espalhamento de luz

A ferrugem é uma mistura de dois compostos de ferro. Em uma peçade ferrugem foram analisados esses dois compostos e vericou-se dois arrranjos possíveis de ferro, oxigênio e hidrogênio: (1) com 52.12% de ferro, 45.04% de oxigênio e 2.84% de hidrogênio; (2) com 62.20% de ferro, 35.73% de oxigênio e 2.25% de hidrogênio (porcentagens de massa!). Identique os compostos químicos e, como esses dados estão massa!). Identique os compostos químicos e, como esses dados estão relacionados com a lei das proporções múltiplas?

Massas molares em g/mol: Fe (56); O (16), H (1)