Ciências da Natureza e suas Tecnologias – Química

Ensino Médio – 1ª Série

SUBSTÂNCIAS PURAS, SUBSTÂNCIAS SIMPLES, MISTURAS: CONCEITO, DIFERENCIAÇÃO ATRAVÉS DE SUAS

PROPRIEDADES. ALOTROPIA

Substâncias Químicas• Átomos ligados entre si são

chamados de moléculas, e representam substâncias químicas.

• Cada molécula é identificada por uma fórmula química, por exemplo, a água é representada por H2O, que indica que sua composição é de dois átomos do elemento hidrogênio e um átomo do elemento oxigênio (1).

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Imagem: Jecowa / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic

Substância simples e substância composta – qual a diferença?

• O gás hélio, o gás oxigênio, o gás ozônio e o sólido fósforo são substâncias formadas por um só tipo de elemento químico, por isso chamam-se substância simples. Im

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Substância simples e substância composta – Qual a diferença?

• A água é uma substância formada por dois tipos de elementos químicos e, por essa razão, é chamada substância composta.

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Substâncias • As substâncias apresentam um conjunto bem definido

e constante de propriedades, e têm composição fixa.• Propriedades que são usadas para identificar uma

substância:

– densidade; – solubilidade;– ponto de fusão; – ponto de ebulição.

Imagem: Recipientes químicos com líquidos de diferentes cores / zhouxuan12345678 /Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic

Propriedades: densidade • Corresponde à relação

massa/volume de uma amostra de um material.

• É uma propriedade característica de uma substância, usada como indicativo do grau de pureza de que é feito um dado material.

• É indicada por: d ou ρ (rô) e a unidade usual é g/cm3 (2).

Imagem: Zarko Drincic / Creative Commons SemDerivados 2.0 Genérica

Densidade (p) = massa volume

Propriedades: solubilidade

• A solubilização é um fenômeno regido pelas interações intermoleculares entre as moléculas do soluto (o que é dissolvido) e as moléculas do solvente (o que dissolve) (3).

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Propriedades: ponto de ebulição• É a temperatura na qual um líquido

vence a pressão atmosférica, passando para o estado gasoso. Quanto maior a altitude, menor é a pressão atmosférica, e menor é o ponto de ebulição (4).

• Existe uma relação importante entre as interações intermoleculares e o ponto de ebulição, pois, quanto maior for a interação entre as moléculas de um líquido, maior será seu ponto de ebulição.

Imagem: Água fervendo / Markus Schweiss / GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version

Propriedades: ponto de fusão

• O ponto de fusão é a temperatura na qual uma substância passa do estado sólido ao estado líquido.

• No ponto de fusão coexistem sólido e líquido em equilíbrio.

Imagem: Cubos de gelo / Kevin Saff / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic

Misturas• Quando uma substância é adicionada à outra,

forma-se então uma mistura.

Mistura homogênea Mistura heterogênea

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Alotropia• Um mesmo elemento químico é capaz de formar

várias substâncias simples com características estruturais e propriedades diferentes (5).

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Alotropia do Oxigênio

• O O2 (gás oxigênio) e O3 (gás ozônio) são formas alotrópicas do elemento oxigênio.

• O O2 (oxigênio) é incolor, inodoro, possui grande estabilidade e está presente no ar que respiramos.

• O O3 (ozônio) é instável (pode assumir outras formas), de coloração azul e cheiro desagradável.

Alotropia do Oxigênio

• O O3 - gás presente na camada de ozônio - é o responsável por nos proteger da radiação ultravioleta.

• Por possuir propriedade germicida, também é usado em purificadores para a obtenção de água potável.

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Alotropia do Fósforo• Diversas são as variedades

alotrópicas do Fósforo e as principais são o fósforo branco, o vermelho e o preto.

• O fósforo comum (branco) tem a aparência de um sólido branco e, no estado puro, torna-se incolor.

• A molécula tem 4 átomos (P4), e é insolúvel em água.

• Em contato com o ar, o Fósforo queima espontaneamente, produzindo o pentóxido. Imagem: Fogos de artifício / El coleccionista de instantes /

Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica

Alotropia do fósforo

• O fósforo vermelho não queima espontaneamente e não é tão perigoso quanto a variedade branca.

• Seu manuseio, entretanto, exige cuidado, pois ele emite fumaças tóxicas de óxidos quando aquecido (6).

Imagem: Dnn87_GNU Free documentation License

Alotropia do Enxofre• O enxofre elementar é um sólido amarelo, insípido, quase

inodoro e insolúvel (7). • Seus alótropos mais comuns - enxofre monoclínico e enxofre

rômbico - têm formas cristalinas.• O enxofre é comumente encontrado nos arredores de

vulcões ativos.Im

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Alótropos do Carbono: importância

Faz parte da composição de:• Proteínas;• Ar atmosférico;• Seres vivos;• Petróleo.

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Alotropia do CarbonoSão conhecidas 5 formas alotrópicas principais:

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GRAFITE DIAMANTE

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AMORFO

Carbono Amorfo• É mais conhecido como

fuligem e faz parte da composição do carvão mineral.

• É resultado da combustão incompleta de hidrocarbonetos.

• Aplica-se na indústria da borracha e de tintas para impressão.

Imagem: EPA / USA Public Domain

Carbono Amorfo: Coque

• O coque é obtido pela carbonização do carvão a altas temperaturas, na ausência do ar ou através da destilação de óleos minerais pesados. É usado na metalúrgica do ferro e de outros metais.

Imagem: Marcus Vegas / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0

Carbono Grafite

• Substância preta e macia, geralmente encontrada misturada com mica, quartzo e silicatos;

• Praticamente a mesma quantidade de grafite minerada também pode ser obtida artificialmente;

Imagem: Juliancolton / Public Domain

Carbono Grafite: aplicação• Como lubrificante, especialmente

em altas temperaturas, já que resiste a mais de 3.000°C antes de começar a fundir.

• Na indústria do aço, é usado como eletrodo para fornos elétricos porque conduz corrente elétrica suficiente para fundir metais.

• Como moderador nos reatores nucleares a gás, diminuindo a velocidade dos nêutrons.

• Em lonas de freios e escovas para motores elétricos.

Imagem: Lanzi / GNU Free Documentation License

Carbono Diamante• Substância mais dura da

natureza, risca qualquer outra substância.

• A dureza do diamante resulta de sua estrutura cristalina na qual cada átomo de carbono está ligado covalentemente a quatro outros, em formato tetraédrico (8).

• O diamante é empregado comercialmente para a produção de jóias.

Imagem: Mario Sarto / GNU Free Documentation License

Diamante: aplicações• Aproveitando sua dureza, o

diamante é aproveitado industrialmente na fabricação de brocas ou abrasivos para corte e polimento.

• Pode ser usado para cortar, tornear e furar alumina, quartzo, vidro e artigos cerâmicos.

• O pó de diamante é usado para polir aços e outras ligas.

Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

Carbono Fulereno• Estrutura oca com 60 átomos de

carbono, lembra uma bola de futebol, constituída de 20 hexágonos e 12 pentágonos arranjados (9).

• Atualmente, a nanotecnologia tem auxiliado as pesquisas e a obtenção dessas moléculas.

• Em uso biomédico, fármacos ativos podem ser ligados à molécula de C60 para, após introduzidos no corpo humano, serem lentamente libertados (10).

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Fulereno: aplicação • Em líquidos, por suas propriedades

lubrificantes.• Em revestimento de bolas de boliche,

devido à sua baixa compressibilidade, o que as torna mais resistentes (já comercializadas no Japão).

• Em Tacos de golfe de Titânio - C60.• Em painéis solares, dada a sua grande

facilidade em capturar elétrons.

Imagem: Painel solar / David.Monniaux / GNU Free Documentation License

Nanotubos de Carbono• Foram descobertos em 1991 por

S. Iijima.• Apresenta forma de uma folha de

grafite enrolada na forma de um cilindro, com diâmetro da ordem de 1 nm e comprimento da ordem de micrômetros.

• Têm atraído grande interesse por suas fantásticas propriedades eletrônicas e mecânicas. Já se demonstrou a possibilidade de usar arranjos de nanotubos de carbono como nanomotores (11).

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Nanotubos de Carbono

• Apresentam ainda extraordinárias propriedades, pois possuem a maior resistência à ruptura sob tração já conhecida, na ordem de 200 Gpa; 100 vezes superior ao mais resistente aço com apenas 1/6 de sua densidade (12).

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Nanotubos: aplicação

• Pontas de prova em microscópios de força atômica, para obter imagens de sistemas biológicos com alta resolução.

• Condutores em microcircuitos.

• Fibras para os mais diversos usos, uma vez que são mais leves e mais resistentes do que as fibras de carbono tradicionais.

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Nanotubos: aplicação

• Fabricação de materiais para absorção de gases, já que conseguem absorver uma grande quantidade de hidrogênio.

• Na indústria da construção, a UFMG promove grande inovação, pois desenvolve um “superconcreto” com nanotubos de carbono.

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Nanotubos na medicina• Uma micrografia de

fluorescência mostra células cancerígenas de ovário de um hamster ligadas a nanotubos de carbono (13).

• No desenvolvimento de músculos artificiais e carreadores de drogas.

Imagem: Spitfire ch, Philippsen Lab, Biozentrum Basel / Micrografia de Fluorescência / Public Domain.

• O grafeno é um material encontrado na grafite e em outros compostos de carbono.

• Bastante abundante e de estrutura estável e resistente, ele pode ser a chave para a produção de transistores de apenas 0,01 micrometro, indo além do limite teórico de 0,02 micrometros.

Novidade !

Nobel da Física de 2010 ao cientista russo-britânico

Konstantin Novoselov.

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Novidade !• Os transistores de grafeno possuiriam

apenas dois ou três átomos de espessura e poucas dezenas de átomos de comprimento, aproximando-se dos limites físicos da matéria.

• Uso: em teoria, na construção de um processador, ou até mesmo um circuito integrado que poderia chegar a mais de 500 GHz.

• Esses materiais têm sido apontados como possíveis sucessores do silício na nova era da nanoeletrônica (14).

Imagem: Jynto /  Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

2 Copo com água / Olli Niemitalo / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Drinking_glass_fingerprint_FTIR.jpg?uselang=pt-br

07/03/2012

2 Jecowa / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:H2o_hq2_alpha.png

07/03/2012

3 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

Acervo SEE-PE 16/03/2012

4 Derek Jensen / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass-of-water.jpg

07/03/2012

5 Recipientes químicos com líquidos de diferentes cores / zhouxuan12345678 / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic http://www.flickr.com/photos/

53921113@N02/5645102295/

07/03/2012

6 Zarko Drincic / Creative Commons SemDerivados 2.0 Genérica

http://www.flickr.com/photos/9136641@N07/2117512295/

07/03/2012

7 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

Acervo SEE-PE 16/03/2012

8 Água fervendo / Markus Schweiss / GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Kochendes_wasser02.jpg

08/03/2012

9 Cubos de gelo / Kevin Saff / Creative Commons / Attribution-Share Alike 2.0 Generic

http://www.flickr.com/photos/73998029@N00/242928199/

09/03/2012

Tabela de Imagens

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

10 Egien / Creative Commons Atribuição 2.5

Genéricahttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coffee_cup.jpg?uselang=pt-br

09/03/2012

10 Sorvete de morango / Gudlyf / Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica

http://www.flickr.com/photos/80093862@N00/4658225108/

09/03/2012

13 Benjah-bmm27 / Domínio Público. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone-montage.png?uselang=pt-br

14/03/2012

14 Fogos de artifício / El coleccionista de instantes / Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica

http://www.flickr.com/photos/31195974@N05/5041629649/

09/03/2012

16 Amostra de enxofre / Ben Mills / domínio público

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulfur-sample.jpg?uselang=pt-br

09/03/2012

16 Cristais de enxofre / Rob Lavinsky / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Sulfur-es67b.jpg?uselang=pt-br

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17 Stahlkocher / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Gelsenkirchen_Kraftwerk_Scholven.jpg?uselang=pt-br

09/03/2012

17 Plataforma de petróleo / Agência Brasil / Creative Commons Atribuição 3.0 Brasil

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oil_platform_P-51_(Brazil).jpg

09/03/2012

18a (a) Mstroeck / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unporte

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_Allotropes_of_Carbon.png

15/03/2012

18b (b)Mstroeck / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unporte

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_Allotropes_of_Carbon.png

15/03/2012

Tabela de Imagens

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

18c (c) Mstroeck / Creative Commons Attribution-

Share Alike 3.0 Unporte http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_Allotropes_of_Carbon.png

15/03/2012

18d (d) Steve Jurvetson / Creative Commons atribuição 2.0 genérica

http://www.flickr.com/photos/44124348109@N01/156830367/

09/03/2012

18e (e) Zimbres / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Brazil

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GrafitaEZ.jpg

09/03/2012

19 EPA / USA Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diesel-smoke.jpg

09/03/2012

20 Marcus Vegas / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0

http://www.flickr.com/photos/60168589@N00/709967957/

09/03/2012

21 Juliancolton / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Closeup_of_pencil_graphite.JPG

09/03/2012

22 Lanzi / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphite_mineral_aggregate.jpg?uselang=pt-br

09/03/2012

23 Mario Sarto / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brillanten.jpg

09/03/2012

24 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.

Acervo SEE-PE 16/03/2012

26 Painel solar / David.Monniaux / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mafate_Marla_solar_panel_dsc00633.jpg

09/03/2012

Tabela de Imagens

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

27 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Carbon_nanoribbon_povray.PNG09/03/2012

28 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_nanoribbon_povray.PNG

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29 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_nanoribbon_povray.PNG

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30 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_nanoribbon_povray.PNG

09/03/2012

31 Spitfire ch, Philippsen Lab, Biozentrum Basel / Micrografia de Fluorescência / Public Domain.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:S_cerevisiae_septins.jpg

15/03/2012

32 Imagem: Jynto / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphene-3D-balls.png

15/03/2012

33 Imagem: Jynto / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphene-3D-balls.png

15/03/2012

Tabela de Imagens