Post on 22-Apr-2015
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
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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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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
09/03/2012
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
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18b (b)Mstroeck / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unporte
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_Allotropes_of_Carbon.png
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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
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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
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19 EPA / USA Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diesel-smoke.jpg
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20 Marcus Vegas / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0
http://www.flickr.com/photos/60168589@N00/709967957/
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21 Juliancolton / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Closeup_of_pencil_graphite.JPG
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22 Lanzi / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphite_mineral_aggregate.jpg?uselang=pt-br
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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
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Tabela de Imagens
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
27 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/
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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
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31 Spitfire ch, Philippsen Lab, Biozentrum Basel / Micrografia de Fluorescência / Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:S_cerevisiae_septins.jpg
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32 Imagem: Jynto / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
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33 Imagem: Jynto / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphene-3D-balls.png
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Tabela de Imagens