FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA Ciências Biológicas -1º período - Química Geral – Ana Claudia S. de Almeida Centro Universitário de Volta Redonda Apostila Teórica de Química Geral Ciências Biológicas Autor: Profª. Ana Claudia Silva de Almeida 1
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FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA Ciências Biológicas -1º período - Química Geral – Ana Claudia S. de Almeida
Centro Universitário de Volta Redonda
Apostila Teórica de
Química Geral
Ciências Biológicas
Autor: Profª. Ana Claudia Silva de Almeida
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FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA – CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA Ciências Biológicas -1º período - Química Geral – Ana Claudia S. de Almeida
Através da fórmula empírica ou molecular, podem-se determinar as análises elementares de um
composto, podendo também conhecer sua composição percentual em massa.
Mol Um único átomo é tão pequeno que, para que uma amostra possa ser vista e manipulada, esta precisa consistir em um enorme número de átomos. Por essa razão, é necessário especificar um número total de átomos em uma amostra, não como átomos individuais, mas, preferencialmente em termos de “pacote” consistindo em um certo número de átomos, do mesmo modo que indicamos o número de ovos em uma cartela por dúzia. A “dúzia química” é, entretanto, um número grande.
Número de AvogadroÈ um valor fixado, ou seja, qualquer elemento apresenta 6,02x1023 átomos. Vamos tomar como exemplo o oxigênio, este apresenta massa atômica 16µ. Agora, considere um número grande do átomo oxigênio, lembrando que a massa do grupamento inteiro é 16 gramas. O número de átomos desse grupo será enorme: 6,02X1023 átomos. A massa do oxigênio é pequena, e assim deve-se ter um número grande de átomos em 16 gramas. Resumindo o átomo de oxigênio apresenta uma massa de 16µ, e um grupo ou coleção de 6,02X1023 átomos de oxigênio que tem uma massa de 16 gramas.
(LER LIVRO RUSSELL, CAP.1 E 2)
II – FUNÇÕES QUÍMICAS
O cloreto de sódio e o bicarbonato de sódio apresentam sabor salgado, diferentemente do vinagre e do limão que são azedos, já a cal hidratada (usada em pintura) e o leite de magnésia tem sabor adstringente(“prende” a língua).
Através desse exemplo, vocês podem perceber que determinados conjuntos de substâncias apresentam propriedades que são comuns a todas as substâncias pertencentes ao mesmo grupo.
O grupo de substâncias composta que possuem propriedades químicas semelhantes recebe o nome de função química.
Existem quatro tipos de função química, que serão estudados a seguir: ácidos, bases, sal e óxido.O principal critério de classificação de uma substância numa dessas funções é o tipo de íons que se
formarão quando dissolvidos em água.
2.1. Função Ácido
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Consistem as seguintes substâncias: ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico(HNO3), ácido clorídrico(HCl), ácido sulfídrico(H2S), etc.
Todos esses ácidos possuem, em sua estrutura química, o elemento hidrogênio combinado com um ametal (Cl, S) ou com um radical negativo ( SO4
-2
, NO3- ).
Podemos, assim, definir essa função da seguinte maneira:Função ácido é o grupo de compostos que em solução aquosa se ionizam, produzindo o cátion hidrogênio como íon positivo.
Os ácidos apresentam as propriedades relacionadas abaixo: Tem sabor azedo. O limão, por exemplo, é azedo porque contém ácido cítrico. Conduzem bem a eletricidade quando a solução. Por exemplo, para realizar a eletrólise (ou quebra
de molécula por corrente elétrica) da água, fazemos passar uma corrente elétrica por uma porção de água acidulada, pois a água pura não é boa condutora de eletricidade.
Reagem com os hidróxidos (bases), produzindo sal e água. Os ácidos podem ser classificados em dois grupos: hidrácidos e oxiácidos.
2.1.1.Hidrácidos.Observe a fórmula dos seguintes ácidos: ácido iodídrico, HI; ácido sulfídrico, H2S; ácido clorídrico, HCl.Observe que esses ácidos não possuem átomos de oxigênio. Os hidrácidos são, portanto, os ácidos que possuem átomos de hidrogênio.
2.1.2.OxiácidosConsidere agora os seguintes ácidos: ácido carbônico, H2CO3; ácido sulfúrico, H2SO4; ácido nítrico, HNO3. Como você pode percebe, esses ácidos apresentam átomos de oxigênio. Os oxiácidos são, portanto, ácidos que possuem átomos de oxigênio.
2.1.3.NomenclaturaO nome do ânion sofre alteração em sua terminaçãode eto para ídricode ato para icode ito para oso
Ácido + nome do ânion alteradoExemplos:Br- brometo HBr ácido bromídricoNO3
- nitrato HNO3 ácido nítricoNO2
- nitrito HNO2 ácido nitroso
nos átomos de enxofre e de fósforo, ocorrem pequenas modificações na nomenclatura
SO42- sulfato H2SO4 ácido sulfúrico
SO32- sulfito H2SO3 ácido sulfuroso
PO43- fosfato H3PO4 ácido fosfórico
2.2.Função de base Vamos considerar as seguintes substâncias: hidróxido de sódio ou soda cáustica, NaOH; hidróxido
de cálcio ou cal de pintura, Ca(OH)2; hidróxido de potássio, KOH.Como você pode notar, estas substâncias tem em sua estrutura química o radical OH -. Elas são
denominadas bases ou hidróxidos.Assim, podemos definir a função base da seguinte forma:
Função base é o grupo de compostos que em solução aquosa se dissociam em íons, sendo o íon negativo o radical OH- (hidroxila ou hidróxido).
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As bases apresentam as propriedades relacionadas a seguir: Tem sabor adstringente. Conduzem bem eletricidade, quando em solução. Reagem com os ácidos, produzindo sal e água.
2.2.1.NomenclaturaO nome das bases é formado pela palavra hidróxido seguido do nome do cátion. Quando necessário, sua valência é indicada por meio de numerais romanos ou dos sufixos OSO e ICO.Exemplos:NaOH hidróxido de sódioNH4OH hidróxido de amônioFe(OH)2 hidróxido de ferro II ou hidróxido ferrosoFe(OH)3 hidróxido de ferro III ou hidróxido férrico
2.3.Função salConsidere as substâncias: cloreto de sódio, NaCl; iodeto de cálcio, CaI2; sulfato de potássio
K2SO4; nitrato de sódio, NaNO3.Todas as substâncias constituídas por um cátion diferente de H+ combinado ionicamente com um
ânion diferente de OH- são denominados sais.Podemos então definir a função sal da seguinte forma:
Função sal é o grupo de substâncias iônicas que possuem um cátion diferente de H+ e um ânion diferente de OH-.
Os sais apresentam as propriedades relacionadas abaixo: Tem sabor salgado. O cloreto de sódio, por exemplo, é uma substância que apresenta essa
propriedade. Conduzem bem a eletricidade, quando em solução. São obtidas pelas reações de ácido com bases. Essa reação é denominada de reação
neutralização ou de salificação.Os sais são classificados em dois tipos: oxigenados e não-oxigenados.Sais oxigenados: são os sais que contem oxigênio em sua fórmula. Exemplos: sulfato de potássio, K2SO4; carbonato de cálcio, CaCO3.Sais não oxigenados: são os sais que não contem oxigênio em sua fórmula. Exemplos: cloreto de sódio, NaCl, iodeto de cálcio, CaI2, sulfeto ferroso, FeS.
2.3.1. NomenclaturaNa nomenclatura dos sais usa-se o nome do ânion seguido do nome do cátion. Quando necessário,
sua valência é indicada é indicada por meio dos numerais romanos ou dos sufixos OSO e ICO. (Consulte a tabela de cátions e ânions)Exemplos:NaCl cloreto de sódioNa2S sulfeto de sódioNiBr3 brometo de níquel III ou brometo niquélicoNiBr2 brometo de níquel II ou brometo niqueloso
2.4. Função ÓxidoConsidere as substâncias: óxido de sódio, Na2O, óxido férrico, Fe2O3 , dióxido de carbono, CO2.Todos os óxidos são compostos binários o qual em todas as estruturas está presente o oxigênio
sendo este o elemento mais eletronegativo.Função óxido: são compostos binários, ou seja, formados por apenas dois elementos químicos, em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo.
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2.4.1.Nomenclatura:
Quando o elemento forma apenas um óxido:
Óxido de nome do elemento
Exemplo:
Al2O3 – óxido de alumínio
· Quando o elemento forma 2 óxidos:
Exemplo:
Quando o elemento forma 2 ou mais óxidos:
Exemplo:
Fe2O3 – trióxido de diferro
2.4.2.Classificação dos óxidos:
FeO –
prefixo
Óxido de
prefixo
Nome do elemento
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Óxidos ácidos ou anidridos: reagem com água, formando ácido, ou reagem com base, formando sal e água. São óxidos formados por elementos que possuem alta eletronegatividade como os ametais ou, ainda, são aqueles formados por metais de baixa eletropositividade e nox alto. São óxidos acentuado caráter covalente.
Exemplos:CO2, SO3, Cl2O6, N2O4, P2O5,CrO3.
CO2 + H2O --> H2CO3
CO2 + 2 NaOH --> Na2CO3 + H2O
Óxidos básicos: reagem com água, formando base, ou reagem com ácido, formando sal e água. São óxidos formados por metais que possuem baixa eletronegatividade e, portanto, alta eletropositividade . São óxidos de acentuado caráter iônico. O nox do elemento ligado ao oxigênio é baixo: 1+,2+,3+.
Óxidos neutros: não reagem com água, ácido ou base, não possuem caráter básico nem caráter ácido, são todos covalentes.
Exemplos: CO, NO, N2O.
Óxidos anfóteros: ora se comportam como base, ora se comportam como ácido. São óxidos de caráter intermediário entre iônico e o covalente. São formados por elementos de eletronegatividade média, que podem ser metais ou semimetais.
Exemplos: ZnO, Al2O3, SnO, SnO2, PbO e PbO2.
Óxidos mistos: comporta-se como se fossem formados por dois outros óxidos. Apresentam fórmula geral E3O4(em que E é um metal genérico), formados teoricamente pela associação de dois óxidos diferentes do elemento E
Exemplos:
Fe3O4 (associação dos óxidos: FeO e Fe2O3)
Pb3O4 (associação dos óxidos: 2PbO e PbO2)
Mn3O4 (associação dos óxidos: 2MnO e MnO2)
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Peróxidos: Reagem com água, produzindo base e peróxido de hidrogênio (H2O2) e reagem com ácido, produzindo sal e peróxido de hidrogênio. São compostos que apresentam a seguinte estrutura: (-O1--O1--)2-, na qual cada oxigênio possui nox igual a 1-. Os elementos que formam peróxidos são: hidrogênio, metais alcalinos, metais alcalino-terrosos, família IB da tabela periódica, principalmente a prata, e família IIB da tabela periódica, principalmente o zinco.
Exemplos: H2O2, Na2O2, MgO2, Ag2O2, ZnO2. De todos os peróxidos, apenas o H2O2 é molecular; os demais são iônicos.
Nomenclatura: peróxido + de + nome do elemento
Na2O2 + 2 H2O --> 2 NaOH + H2O2
Na2O2 + 2 HCl --> 2 NaCl + H2O2
Superóxidos: São compostos binários que apresentam a estrutura: ( -O1--O0-O0-O1-)2-, na qual cada oxigênio possui um nox médio igual a -1/2.
Exemplos: Na2O4, BaO4, CaO4.Nomenclatura: superóxido + de + nome do elemento
TABELA DE CÁTIONS
MONOVALENTES BIVALENTES TRIVALENTES TETRAVALENTES
Li+ Al3+
Na+ Mg2+
K+ Ca2+ Bi3+
Rb+ Sr2+ Cr3+
Cs+ Ba2+
NH4+ amônio Zn2+
Cd2+
Ag+
Cu+ cuproso Cu2+ cúprico
Hg+ (Hg22+) mercuroso Hg2+ mercúrico
Au+ auroso Au3+ áurico
Fe2+ ferroso Fe3+ férrico
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H+ Co2+ cobaltoso Co3+ cobáltico
Ni2+ niqueloso Ni3+ niquélico
Sn2+ estanoso Sn4+ estânico
Pb2+ plumboso Pb4+ plúmbico
Mn2+ manganoso Mn4+ mangânico
Pt2+ platinoso Pt4+ platínico
TABELA DE ÂNIONS
DOS HALOGÊNIOS DO NITROGÊNIOF- fluoreto NO2
- nitritoCl- cloreto NO3
- nitratoBr- brometoI- iodeto DO ENXOFREClO- hipoclorito S2- sulfetoClO2
- clorito SO42- sulfato
ClO3- clorato SO3
2- sulfitoClO4
- perclorato S2O32- tiossulfato
BrO- hipobromito S2O82- persulfato
BrO3- bromato S4O6
2- tetrationatoIO- hipoioditoIO3
- iodato OUTROSIO4
- periodato OH- hidroxilaH- hidreto
DO CARBONO O2- óxidoCN- cianeto MnO4
- permanganatoCNO- cianato MnO4
2- manganatoCNS- tiocianato SiO3
2- (meta) silicatoC2H3O2
- ou H3CCOO- acetato SiO44- ortossilicato
CO32- carbonato CrO4
2- cromatoC2O4
2- ou -OOCCOO- oxalato Cr2O72- dicromato
[Fe(CN)6]3- ferricianeto AsO33- arsenito
[Fe(CN)6]4- ferrocianeto AsO43- arsenato
SbO33- antimonito
DO FÓSFORO SbO43- antimonato
PO3- metafosfato BO3
3- boratoH2PO2
- hipofosfito SnO32- estanato
HPO32- fosfito SnO2
2- estanitoPO4
3- (orto)fosfato AlO2- aluminato
P2O74- pirofosfato PbO2
2- plumbitoZnO2
2- zincato
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III SOLUÇÕES
Solução, dispersão coloidal e suspensão
Solução é toda mistura homogênea de duas ou mais substâncias.
As partículas dispersas:
são moléculas ou íons comuns têm diâmetro menor que 1 nm (10dispersão coloidal :
o a partícula dispersa têm diâmetro entre 1 e 100 nm
o são agregados de moléculas ou de íons comuns, ou macromoléculas, ou macroíons isolados
o não se sedimentam sob a ação da gravidade, nem sob a ação dos centrifugadores comuns, mas sim sob a ação de ultracentrifugadores
o não são retidas por filtros comuns, mas o são por ultrafiltros
o não são detectadas ao microscópio comum, mas o são com o auxílio do microscópio eletrônico e do ultramicroscópio.
Na suspensão:
o as partículas dispersas têm diâmetro maior que 100 nm
o são agregados de moléculas ou de íons
o sedimentam-se pela ação da gravidade ou dos centrifugadores comuns
o são retidas pelo filtro comum e são detectadas a olho nu ou com o auxílio de microscópios comuns.
Comparação entre as propriedades das substâncias das soluções, colóides e suspensões
Propriedade Solução Colóide Suspensão
Tamanho da partícula menor 1nm 1-100nm maior que 100nm
Homogeneidade homogênea no limite heterogênea
Ação da gravidade não sedimenta pode sedimentar sedimenta
Capacidade de ser filtrado não filtra não filtra filtra
Exemplos no sangue sal, uréia albumina, fibrogênio glóbulos brancos. glóbulos
vermelhos
Outros Exemplos vinagre, água do mar, ligas
metálicas, hidrogênio dissolvido em
metais, ar, etc.
espuma de sabão, leite, tintas,
gelatina, isopor,etc
medicamentos, água e areia
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Classificação das soluções
Quanto ao estado físico:
o sólidas
o líquidas
o gasosas
Quanto à condutividade elétrica:
o eletrolíticas ou iônicas: o soluto é formado por uma substância iônica ou ionizável. exemplo: soluções aquosas de ácidos, bases e sais.
Essas soluções denominam-se eletrolíticas, pois são condutoras de corrente elétrica.
o não-eletrolíticas ou moleculares: as partículas do soluto são moléculas que não se carregam eletricamente. Exemplo: solução aquosa de
glicose ou sacarose. essas soluções são não-eletrolíticas, pois não conduzem corrente elétrica.
Quanto à proporção soluto/solvente:
o diluída: a quantidade de soluto na solução é considerada pequena. Tem-se como parâmetro que as soluções diluídas são aquelas que
possuem no máximo um décimo de mol (0,1mol) de soluto por litro de solução. Exemplo: Sabendo que a massa molar do NaCl é
58,5g/mol, toda solução de NaCl que tiver 5,85g de NaCl por litro de solução ou menos que isso é considerada diluída.
o concentrada: a quantidade de soluto na solução é considerada grande. Tem-se como parâmetro que as soluções concentradas são
aquelas que possuem mais que um décimo de mol de soluto por litro de solução. Exemplo: Soluções aquosas de NaCl que apresentam
mais de 5,85g de NaCl por litro de solução são consideradas concentradas.
o insaturada: uma solução é dita insaturada quando contém, a uma determinada temperatura, uma quantidade de soluto inferior ao
coeficiente de solubilidade nessa temperatura. Exemplo: Será insaturada toda solução de NaCl e água que contiver a 50ºC uma
quantidade inferior a 37,0g de NaCl por 100g de água. graficamente pode-se observar que todos os pontos do gráfico que estão abaixo
da curva de solubilidade indicam soluções insaturadas.
o saturada: uma solução é dita saturada quando contém, a uma determinada temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido
exatamente igual ao coeficiente de solubilidade nessa temperatura. A solução saturada pode ou não apresentar precipitado (corpo de
fundo). Exemplos: a) uma solução de NaCl e água a 50ºC, que contém exatamente 37,0g de NaCl por 100g de água, será saturada sem
presença de precipitado; b) uma solução de NaCl e água a 50ºC, com 39,0g de NaCl por 100g de água, será saturada com presença de
precipitado, isto é, 37,0g se dissolvem totalmente em 100g de água e 2,0g precipitam para o fundo do recipiente. Graficamente, todos
os pontos do gráfico que estão na curva de solubilidade indicam soluções saturadas sem presença de precipitado. Os pontos que estão
acima da curva de solubilidade indicam soluções saturadas com presença de precipitado (sistemas bifásicos)
o supersaturada: uma solução é supersaturada quando contém, a uma determinada temperatura, uma quantidade de soluto dissolvido
superior ao coeficiente de solubilidade da substância nessa temperatura. A solução supersaturada é instável e a mínima perturbação do
sistema faz com que ela se torne uma solução saturada com presença de precipitado. Exemplo: a solução supersaturada pode ser
preparada da seguinte forma: dissolvem-se 39,0g de NaCl em 100g de água a 100ºC, obtendo-se assim uma solução insaturada. Deixa-
se o sistema em repouso absoluto até 50ºC. O resultado é uma solução supersaturada, contendo 2,0g de NaCl dissolvidos, acima do
coeficiente de solubilidade nessa temperatura. Submetendo-se o sistema nessas condições a qualquer perturbação, ou acrescentando-se
ao sistema um cristal de NaCl, por menor que seja, imediatamente os 2,0g em excesso se precipitam para o fundo do recipiente.
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Diluição e titulação
Diluição é uma operação em que se acrescenta solvente à solução. A quantidade de soluto permanece constante.
Titulação é uma operação de laboratório através da qual se determina a concentração de uma solução A medindo-se o volume de uma solução B
de concentração conhecida, que reage completamente com um volume conhecido da solução A.
Colóides
Estado coloidal - A passagem de sol a gel é reversível. As partículas dispersas têm película de solvatação, que estabiliza o colóide.
Exemplos: proteínas em água, amido em água, gelatina em água e a maioria dos colóides naturais.
Colóide irreversível ou liófobo ou hidrófobo - os processos vitais estão associados ao estado coloidal.
Industrial - preparo de geléias, maionese, creme chantilly, etc.
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IV-ÁTOMO
Cronologia
450 a.C. - Leucipo A matéria pode se dividir em partículas cada vez menores.
400 a.C. - Demócrito Denominação átomo para a menor partícula de matéria. Considerado o pai do atomismo grego.
60 a.C. - Lucrécio Autor do poema De Rerum Natura, através do qual foi consolidado o atomismo de Demócrito.
1661 - Boyle Autor do livro Sceptical chemist, no qual defendeu o atomismo e deu o primeiro conceito de elemento com base experimental.
1808 - Dalton Primeiro modelo atômico com base experimental. O átomo é uma partícula maciça e indivisível. O modelo vingou até 1897.
1834 - Faraday Estudo quantitativo de eletrólise, através do qual surgiu a idéia da eletricidade associada aos átomos.
1859 Primeiras experiências de descargas elétricas em gases a pressão reduzida (ao redor de 10 mmHg). Descoberta dos "raios" posteriormente chamados catódicos.
1874 - Stoney Admitiu que a eletricidade estava associada aos átomos em quantidades discretas. Primeira idéia de quantização da carga elétrica.
1879 - Crookes Primeiras experiências de descarga elétrica a alto vácuo.
1886 - Goldstein Descargas elétricas em gases a pressão reduzida com cátodo perfurado. Descoberta dos raios canais ou positivos.
1891 - Stoney Deu o nome de elétron para a unidade de carga elétrica negativa.
1895 - Röentgen Descoberta dos raios X.
1896 - Becquerel Descoberta da radioatividade.
1897 - Thomson Descargas elétricas em alto vácuo (tubos de Crookes) levaram à descoberta do elétron. O átomo seria uma partícula maciça, mas não indivisível. Seria formado por uma geléia com carga positiva, na qual estariam incrustados os elétrons (modelo do pudim de passas). Determinação da relação carga/massa (e/m) do elétron.
1898 - Casal Curie
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Descoberta do polônio e do rádio.1900 - Max Planck
Teoria dos quanta.1905 - Einstein
Teoria da relatividade. Relação entre massa e energia (e = mc2). Esclarecimento do efeito fotoelétrico. Denominação fóton para o quantum de energia radiante.
1909 - Millikan Determinação da carga do elétron.
1911 - Rutherford O átomo não é maciço nem indivisível. O átomo seria formado por um núcleo muito pequeno, com carga positiva, onde estaria concentrada praticamente toda a sua massa. Ao redor do núcleo ficariam os elétrons, neutralizando sua carga. Este é o modelo do átomo nucleado, um modelo que foi comparado ao sistema planetário, onde o Sol seria o núcleo e os planetas seriam os elétrons.
1913 - Bohr Modelo atômico fundamentado na teoria dos quanta e sustentado experimentalmente com base na espectroscopia. Distribuição eletrônica em níveis de energia. Quando um elétron do átomo recebe energia, ele salta para outro nível de maior energia, portanto mais distante do núcleo. Quando o elétron volta para o seu nível de energia primitivo (mais próximo do núcleo), ele cede a energia anteriormente recebida sob forma de uma onda eletromagnética (luz).
1916 - Sommerfeld Modelo das órbitas elípticas para o elétron. Introdução dos subníveis de energia.
1920 - Rutherford Caracterização do próton como sendo o núcleo do átomo de hidrogênio e a unidade de carga positiva. Previsão de existência do nêutron.
1924 - De Broglie Modelo da partícula-onda para o elétron.
1926 - Heisenberg Princípio da incerteza.
1927 - Schrödinger Equação de função de onda para o elétron.
1932 - Chadwick Descoberta do nêutron.
* 1808 Teoria Atômica de Dalton
Toda matéria é composta de partículas extremamente pequena;
São permanentes e indivisíveis, portanto não podem ser criados nem destruídos;
Os elementos são caracterizados por seus átomos;
São eletricamente neutro;
Transformações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos;
Compostos químicos são formados de átomos por dois ou mais elementos.
MASSA CONSERVADA LEI DA COMPOSIÇÃO DEFINIDA
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Conclusão: A matéria é eletricamente neutra, seus átomos são neutros, a saída de partículas
elétricas só ocorrerá se sofrer divisão. Logo o átomo é divisível.
* 1897 - Átomo de Thomson
Tentando explicar esses fenômenos, o cientista Thomson propôs um novo modelo atômico,
onde sugeriu que o átomo é uma esfera positivamente recheada pelos elétrons de carga negativa. Com
isso começa a admitir a divisibilidade do átomo e a natureza elétrica da matéria.
*1911- Átomo de Rutherford
No início do século XX já era conhecida a radioatividade, isto é, sabia-se que certas
substâncias tinham a propriedade de emitir espontaneamente radiações do tipo alfa (), beta () e gama
().
Veja algumas características das radiações:
RADIAÇÕES NATUREZA VELOCIDADEPOSSÍVEL
PODER DEPENETRAÇÃO
DESVIO DE UM CAMPO ELÉTRICO
(Composta por dois prótons e dois nêutrons)
Partículas positivas
20 000 Km/s Não conseguem atravessar uma folha de papel mais espessa que 0,06 mm de espessura.
São atraídas por campo elétrico negativo
( São semelhantes aos elétrons)
Partículas negativas
95% da velocidade da luz: 290 000 Km/s
50 a 100 vezes superior ao da partícula . Atravessam uma lâmina de Al de 5mm de espessura e chapa de Pb de 1 mm de espessura.
São atraídas por campo elétrico positivo
( Assemelham-se aos raios X; não possuem carga ou massa)
Onda eletromagnética
Velocidade igual à da luz: 300 000 Km/s
Alto poder de penetração. Atravessam chapas de aço de 30 cm de espessura.
Não são atraídas
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Conclusão: o átomo é composto por um pequeníssimo núcleo carregado positivamente(próton) e
nêutron(não possui carga), localizados no centro do átomo rodeado por uma região maior
contendo elétrons(carregados negativamente) que ficam na eletrosfera.
* Átomo Moderno
Fundamentado no modelo atômico de Rutherford .
O átomo é composto por duas regiões:
a) um núcleo muito pequeno compreendendo toda a carga positiva e praticamente toda a massa do
átomo;
b) região extra nuclear (em volta do núcleo, o espaço vazio onde estão os elétrons)
elétron = -1
próton = +1
nêutron = 0A
ZX
Z número atômico é o número de prótons no núcleo
A número de massa é o núcleo total de núcleons( prótons mais nêutrons) no núcleo
Isótopos São átomos que apresentam mesmo número de prótons (mesmo Z) e
diferente número de massa(A).
Isóbaro São átomos que apresentam mesmo número de massa(A) e diferentes
número de prótons (Z).
Isótonos São átomos que apresentam mesmo número de nêutrons (n) e diferentes números de massa(A) e prótons(Z).
* 1913- Modelo Atômico de Bohr
Bohr, por meio de estudos feitos com o hidrogênio, relacionou a energia dos elétrons com a Teoria
Quântica de Planck. Dessa forma, elaborou um modelo de átomo que se fundamenta nos seguintes
postulados:
A eletrosfera do átomo está dividida em regiões denominadas camadas eletrônicas, onde os elétrons
giram em órbitas circulares de modo que tenham uma energia constante, ou seja, não perdem nem
ganham energia. As camadas são: K, L, M, N, O, P, Q, a partir do núcleo.
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A = Z + n
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Se um elétron recebe energia suficiente, ele pula para uma camada mais externa; dizemos que passou
para um estado excitado (estado ativado).
No estado excitado, o elétron tende a voltar para a camada de origem, devolvendo a energia recebida
na forma de energia radiante, principalmente luz.
V- ELÉTRONS
Eletrosfera- distribuição eletrônica com base em níveis e subníveis.
Carga elétrica
Natureza Valor relativo Massa relativa
Próton Positiva +1 1
Nêutron Não existe 0 1
Elétron Negativa -1 1/1836
Camadas eletrônicas
Os elétrons estão distribuídos em camadas ou níveis de energia:
núcleo
camada
K L M N O P Q
1 2 3 4 5 6 7
nível
Número máximo de elétrons nas camadas ou níveis de energia:
K L M N O P Q
2 8 18 32 32 18 2
Subníveis de energia
As camadas ou níveis de energia são formados de subcamadas ou subníveis de energia, designados pelas letras s, p, d, f.
Subnível s p d f
Número máximo de elétrons 2 6 10 14
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Os subníveis são preenchidos sucessivamente, na ordem crescente de energia, com o número máximo de elétrons possível em cada subnível. (Regra de aufbau)Os números quânticos indicam a energia do elétron no átomo e a região de máxima probabilidade de se encontrar o elétron.O número quântico principal (n) indica o nível de energia. Varia de n = 1 a n = , respectivamente, no 1º, 2º, 3º, ... nível de energia.São números inteiros que variam de 1 a 7. Entre os átomos conhecidos, no estado fundamental, o número máximo de elétrons num mesmo nível é 32. Estão relacionados com as camadas eletrônicas:
K L M N O P Q
1 2 3 4 5 6 7
O número quântico secundário ou azimutal () indica a energia do elétron no subnível. Nos átomos conhecidos, no estado fundamental, há quatro subníveis, representados por s, p, d, f, em ordem crescente de energia.
Subnível s p d f
Número quântico azimutal = 0 = 1 = 2 = 3
O número quântico magnético: é representado pela letra m ou ml,indicando orientação do orbital no espaço. Cada orientação corresponde a um orbital no espaço, por isso, pelo número de valores de m, determinamos o número de orbitais que formam o subnível.
Orbitais
Os subníveis são formados de orbitais. Orbital é a região da eletrosfera onde há maior probabilidade de estar localizado o elétron do átomo. O número máximo de elétrons em cada orbital é 2.A cada orbital foi atribuído um número quântico magnético (m) cujo valor varia de - a +, passando por zero.
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subnível s um só orbital s (0)
subnível p três orbitais p (-1) (0) (+1)
subnível d cinco orbitais d (-2) (-1) (0) (+1) (+2)
subnível f sete orbitais f (-3) (-2) (-1) (0) (+1) (+2) (+3)
O orbital s tem forma esférica. Os orbitais p têm forma de duplo ovóide e são perpendiculares entre si (estão dirigidos segundo três eixos ortogonais x, y e z.
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L = 0
1s
2s
3s
4s
23
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L = 1
2px
2py
2pz
24
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4fyz2
4fxyz
30
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4fz(x2-y2)
4fx(x2-3y2)
4fy(3x2-y2)
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ORBITAIS ATÔMICOS
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O número quântico spin: é representado por s ou ms, indicando o sentido de rotação do elétron em torno do eixo. O sentido pode ser horário +1/2 ou anti-horário -1/2. A representação dos elétrons no orbital faz-se por meio de setas que indicam o spin.Seta ascendente ↑ spin -1/2Seta descendente ↓ spin +1/2
Princípio da exclusão de Pauli
Em um mesmo átomo, não existem dois elétrons com quatro números quânticos iguais.Como conseqüência desse princípio, dois elétrons de um mesmo orbital têm spins opostos.Um orbital semicheio contém um elétron desemparelhado; um orbital cheio contém dois elétrons emparelhados (de spins opostos).
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Regra de Hund
Ao ser preenchido um subnível, cada orbital desse subnível recebe inicialmente apenas um elétron; somente depois de o último orbital desse subnível ter recebido seu primeiro elétron começa o preenchimento de cada orbital semicheio com o segundo elétron.
Elétron de maior energia ou elétron de diferenciação é o último elétron distribuído no preenchimento da eletrosfera, de acordo com as regras estudadas.
VI PERIODICIDADE QUÍMICA
Histórico
1864 Meyer elaborou uma tabela baseando-se principalmente nas propriedades físicas dos elementos
1869 expandiu sua tabela para mais 50 elementos
1871 Mendeleev sugeriu uma tabela em que colocava os elementos químicos em ordem crescente de
suas massas atômicas, agrupando-os de acordo com suas propriedades físicas e químicas. Nela, os
elementos eram distribuídos horizontalmente de tal forma que as colunas formadas (grupos)
apresentavam elementos de propriedades semelhantes. Assim, obteve 8 grupos e 12 linhas. Com esta
tabela Mendeleev previu que faltavam elementos que poderiam ser descobertos, por isso, existia
algum espaço vazio. Um desses elementos descobertos foi gálio e germânio.
Portanto, elaborada, a “Lei da Periodicidade” das propriedades dos elementos: “Algumas
propriedades físicas e químicas dos elementos variam periodicamente em função das massas
atômicas”.
Esta lei da periodicidade foi baseada em função da massa atômica que eram conhecidos,
porém uma descrição mais moderna de periodicidade é baseada em número atômico.
Moseley baseando-se nos estudos feitos com espectros de raios-X, concluiu que a ordenação dos
elementos deveria ser feita em ordem crescente de seus números atômicos (Periodicidade
Moderna)
Classificação Periódica Atual
A tabela atual organiza horizontalmente os elementos de acordo com a ordem crescente de
números atômicos, de tal modo que elementos de mesma propriedade fiquem agrupados em coluna
(grupos).
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Em 1986, IUPAC sugeriu uma mudança na forma de identificação dos grupos, identificando-
os de 1 a 18.
Classificação dos Elementos
*De acordo com algumas propriedades, os elementos químicos podem ser classificados em:
Metais são bons condutores de eletricidade e calor. São sólidos nas condições
ambientes com exceção do mercúrio, maleáveis e dúcteis. Apresentam brilho metálico. A maioria dos
elementos localizados à esquerda na tabela periódica. Todos os elementos de transição e de transição
interna.
Ametais (Não-Metais) são maus condutores de calor e eletricidade, com exceção do
carbono na forma de grafite, que é um bom condutor elétrico. São sólidos, líquidos ou gasosos nas
condições ambientes.
Semimetais apresentam algumas propriedades dos metais e algumas propriedades dos
não-metais.
Gases Nobres apresentam reatividade muito pequena, sendo considerados, até pouco,
inertes.
*De acordo com a distribuição eletrônica, os elementos químicos podem ser classificados em:
representativos: são elementos cuja distribuição eletrônica termina em s ou p.
Ex.: 12Mg: 1s22s22p63s2
14Si: 1s22s22p63s23p2
Gases Nobres apresentam distribuição eletrônica finalizada em s ou p e apresenta o
último nível completo (8 elétrons), com exceção de He (2elétrons).
Ex.: 18Ar: 1s22s22p63s23p6
transição são elementos cuja distribuição eletrônica termina em d. Alguns elementos de
transição não seguem as regras de distribuição: aqueles que terminam em d4 ou d9
apresentam promoção de um elétron do subnível s para o subnível d.
Ex.: 21Sc: 1s22s22p63s23p64s23d1
24Cr: 1s22s22p63s23p64s23d4
4s13d5
29Cu: 1s22s22p63s23p64s23d9
4s13d10
transição interna são elementos cuja distribuição eletrônica termina em f.
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* Localização dos elementos nos grupos e nos períodos
Períodos são em número de sete e o número do período indica o número de níveis
que o elemento possui.
Exemplos:
a) Li está no 2º período possui, portanto, dois níveis de energia.
3Li: 1s22s1
b) Co está no 4º possui, portanto, quatro níveis de energia
27Co: 1s22s22p63s23p64s23d7
Observação: Não confundir elétron de maior energia, neste caso 3d7 com elétron mais
externo, neste caso deve observar o nível (camada) 4s2
Grupos ou Famílias apresentam elementos químicos com a mesma configuração
eletrônica nos subníveis.
1. Nos Grupos A estão os elementos representativos, em que o número de elétrons do último
nível é o número do grupo.
12Mg: 1s22s22p63s2 Grupo 2A
14Si: 1s22s22p63s23p2 Grupo 4ª
33As: 1s22s22p63s23p64s23d104p3 Grupo 5A
2. Nos Grupos B estão os elementos de transição, cuja soma do número de elétrons s e d é o número do grupo.
21Sc: 1s22s22p63s23p64s23d1 Grupo 3B
24Cr: 1s22s22p63s23p64s23d4 Grupo 6B 4s13d5
3. Nos Grupos cuja soma é 8, 9 ou 10, os elementos têm propriedades muito semelhantes e
são agrupados em tríade: Grupo 8B
27Co: 1s22s22p63s23p64s23d7 Grupo 8B
4. Nos Grupos cuja a soma é 11 e 12, os elementos têm o subnível d completo e pertencem aos grupos 1B e 2B
29Cu: 1s22s22p63s23p64s23d9 Grupo 1B
38
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4s13d10
30 Zn: 1s22s22p63s23p64s23d10 Grupo 2B
5. Nos Grupos 3B do 6º e 7º período estão os elementos de transição interna.
58Ce: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f2 Grupo 3B
6. No Grupo zero (8A) estão os gases nobres
18 Ar: 1s22s22p63s23p6 Grupo Zero (8A)
Observações
Alguns grupos de elementos recebem nomes próprios
- Metais Alcalinos (1A): Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
- Metais alcalinos-terrosos (2A); Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
- Calcogênios (6A): O, S, Se, Te, Po
- Halogêneos (7A): F, Cl, Br, I, At
- Gases Nobres ou Raros ( ou 8A): He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
- Lantanídeos: La a Lu
- Actnídeos: Ac a Lr
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Propriedades periódicas
Propriedades periódicas - Os valores crescem e decrescem sucessivamente à medida que aumenta o número atômico. A maioria das propriedades dos elementos são periódicas.
Propriedades aperiódicas - Os valores somente crescem ou decrescem à medida que aumenta o número atômico. Exemplos:massa atômica e calor específico.
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É a tendência que possui o átomo do elemento químico em ceder elétrons.
Cresce de acordo com a eletropositividade do elemento químico.
Cresce de acordo com a eletropositividade do elemento químico.
Depende do número de camadas eletrônicas e do número de prótons.
É a energia necessária para remover um elétron do átomo do elemento químico no estado gasoso.
d = m / V m = massa do átomo-grama V = volume ocupado pelo átomo-grama, que depende do tamanho do átomo.
V = m/d m = massa do átomo-grama d = densidade do elemento
Passagem do estado físico sólido para o estado líquido do elemento químico.
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VII- LIGAÇÕES QUÍMICA
São forças que unem átomos formando moléculas, agrupamentos de átomos ou
sólidos iônicos.
Por que os átomos se associam?
Os gases nobres são encontrados na natureza em sua forma atômica, pois são
estáveis. Outros elementos atingem a estabilidade quando completam oito elétrons em sua
última camada (camada de valência). Com isso surgiu à Teoria dos Octetos.
* Ligações Iônicas
Ocorre geralmente entre metais e não-metais; o metal transfere elétrons para o não-
metal. Portanto na ligação iônica as forças eletrostáticas atraem os íons de cargas opostas.
O metal que perde os elétrons na camada de valência se transforma num cátion cuja
carga elétrica será +1, +2, ou +3, conforme o número de elétrons perdidos.
O não-metal ganha elétrons em quantidade suficiente para adquirir configuração
eletrônica de gás nobre, transformando-se em ânions de carga elétrica –3, -2 ou –1,
conforme o número de elétrons adquiridos.
Ex.: NaCl, NaOH, NaNO3, CaO, MgSO4
FAMÍLIAS 1A 2A 3A 5A 6A 7A
Nº de elétrons na camada
de valência
1e 2e 3e 5e 6e 7e
Metais (perdem elétrons)
Cátion (+1, +2, +3)
Não-metais(ganham elétrons)
Ânion (-3, -2, -1)
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Conclusão: Íons de cargas opostas se atraem fortemente, formando substâncias ou ligações
FORÇAS DE VAN DER WAALS OU FORÇAS DE LONDON OU DIPOLO INDUZIDO - DIPOLO INDUZIDO: Ocorre entre moléculas apolares ou entre átomos de gases nobres, quando por um motivo qualquer ocorre uma assimetria na nuvem eletrônica, gerando um dipolo que induz as demais moléculas ou átomos a também formarem dipolos. São de intensidade fraca. Ex.: H2; N2; O2; I2; Br2; CO2; BF3; He; Ne; Ar.
FORÇAS DO TIPO DIPOLO PERMANENTE - DIPOLO PERMANENTE: Ocorrem em moléculas polares, de modo que a extremidade negativa do dipolo de uma molécula se aproxime da extremidade positiva do dipolo de outra molécula. São mais fortes que as forças de London; Ex.: HCl; HBr; HI; H2S; PH3.
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PONTES DE HIDROGÊNIO: Forças de natureza elétrica do tipo dipolo permanente - dipolo permanente, porém bem mais intensas. O corre quando a molécula é polar e possui H ligado a elemento muito eletronegativo e de pequeno raio (F, O, N), de modo que o hidrogênio de uma molécula estabelece uma ligação com o átomo muito eletronegativo de outra molécula. Ex.: H2O; HF; NH3.
Obs.: Na prática as forças intermoleculares podem atuar em conjunto, e a interação entre as moléculas é calculada pela soma dos diversos tipos de forças intermoleculares atuantes. Por exemplo na água a principal força de interação molecular são as pontes de hidrogênio, embora também haja interações do tipo dipolo permanente. Entre as moléculas com interações do tipo dipolos permanentes existem também interações do tipo forças de Van der Waals.
VIII- OXIDAÇÃO E REDUÇÃO
Reações de Oxi-redução
Antes de entender reações de oxi-redução é necessário introduzir o conceito e a importância do
número de oxidação, vejamos:
*Em composto iônico binário (dois elementos químicos)
O número de oxidação do elemento é a própria carga de seu íon simples.
Exemplo:
Cloreto de sódio (NaCl)
Fórmula iônica: Na+Cl-
Número de oxidação do sódio: +1
Número de oxidação do cloro: -1
Observe que a soma dos números de oxidação de todos os átomos num composto é igual a zero.
*Em composto covalente
O número de oxidação do elemento é a carga que ele adquiriria se houvesse completa separação
dos átomos da molécula, considerando-se que o átomo mais eletronegativo iria receber o par eletrônico da
ligação.
Exemplo:
Ácido clorídrico(HCl)
Fórmula iônica: H+Cl-
Número de oxidação do hidrogênio: +1
Número de oxidação do cloro: -1
*Em uma substância simples
O número de oxidação do elemento formador da substância simples é igual a zero.
Exemplo:
Na:número de oxidação do sódio = zero
Fe: número de oxidação do ferro = zero
H2: número de oxidação do hidrogênio = zero
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P4: número de oxidação do fósforo = zero
*Em um íon
O número de oxidação do elemento formando um íon simples é sua própria carga. Num íon
composto, a soma dos números de oxidação dos elementos é igual à carga do íon.
Íons simples:
Al3+: número de oxidação = O2-: número de oxidação = -
Ca2+: número de oxidação=
+3-2
+2
Íons compostos:
SO42-: a soma algébrica dos números de oxidação do enxofre e do oxigênio é igual a
NO3-: a soma algébrica dos números de oxidação do nitrogênio e do oxigênio é igual a
-2
-1
Neste caso (íons compostos), como determinar o número de oxidação do enxofre no íon SO4- ou do
nitrogênio no íon NO3-? Ë o que faremos a seguir, com a ajuda das regras práticas de determinação dos
números de oxidação.
Regras práticas para determinação do número de oxidação (Nox)
- Substâncias Simples Nox = 0
- Hidrogênio (com exceção dos hidretos metálicos) Nox = +1
*Nos hidretos metálicos, como NaH ou CaH2, o hidrogênio tem número de oxidação igual –1.
Por exemplo: Na+H- hidreto de sódio Ca+2(H-)2 hidreto de cálcio
- Oxigênio (com exceção dos peróxidos) Nox = -2
*Nos peróxidos, o número de oxidação do oxigênio é igual –1, devido a existência do agrupamento O22-.
-Metais alcalinos Nox = +1
- Metais alcalino-terrosos Nox = +2
- A soma algébrica dos números de oxidação num composto é igual a zero
- A soma algébrica dos números de oxidação num íon composto é igual à carga do íon.
OXIDAÇÃO
Inicialmente, a palavra oxidação referia-se apenas a reações nas quais participava o oxigênio. Por
exemplo, na reação representada pela equação
2Mg +O2 2MgO, dizia-se que , por ter reagido com oxigênio, o magnésio havia sofrido uma
oxidação.
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Hoje em dia, o conceito ampliou-se a ponto de afirmarmos que um elemento sofre oxidação sem
haver necessariamente presença de oxigênio na reação. Essa ampliação do conceito deve-se à semelhança
eletrônica que há entre as primitivas reações chamadas de oxidação e outras.
+Mg : O....: Mg2+
O :....:
2-
Na formação do óxido de magnésio, o elemento magnésio transfere dois elétrons para o oxigênio.
Desta maneira, ampliamos o conceito da palavra oxidação, que passa a significar perda de elétrons. O
magnésio sofreu oxidação.
Em contraposição à oxidação, usamos a palavra redução, significando ganho de elétrons. O
oxigênio neste caso sofreu redução.
Oxidação: perda de elétrons
Redução: ganho de elétrons
Assim, o magnésio perdeu elétrons e seu número de oxidação aumentou. O oxigênio ganhou
elétrons e seu número de oxidação diminuiu.
Resumindo: OXIDAÇÃO: perda de elétrons, aumento do nox
REDUÇÃO: ganho de elétrons, diminuição do nox
REAÇÕES DE OXI-REDUÇÃO
São as que se processam com variação do número de oxidação de alguns elementos. A oxidação e
a redução sempre ocorrem simultaneamente.
Agente oxidante é a substância que contém o elemento que produz a oxidação, sendo receptor de
elétrons. No exemplo acima, o oxigênio é o agente oxidante.
Agente redutor é a substância que contém o elemento que produz a redução, sendo portanto o
doador de elétrons. No exemplo acima, magnésio é o agente redutor.
O AGENTE OXIDANTE SOFRE REDUÇÃO E O AGENTE REDUTOR SOFRE OXIDAÇÃO
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2Mg + O2 2 MgOzero zero +2 -2
oxidação
redução
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Observe que uma substância pode ser oxidante em uma reação e redutora em outra. Note também
que uma substância pode ser oxidante e redutora na mesma reação. Neste caso, denominamos a reação de
oxi-redução.
IX EQUILÍBRIO QUÍMICO
- Equilíbrio Químico Homogêneo
- Estado de equilíbrio
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
Observe o gráfico abaixo:
-Equilíbrio Químico: através do gráfico observa-se que no tempo t3 as concentrações dos reagentes e
produtos não mais se alteram com o tempo. Dizemos que a reação atingiu o equilíbrio químico.
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
- Reações Irreversíveis: através do gráfico observa-se que no tempo t0, somente pode ocorrer no sentido
de formação dos produtos
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)
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- Reações Reversíveis: são as que podem ocorrer nos dois sentidos: à medida que os produtos são
formados, também reagem formando os reagentes.( Pode-se observar no gráfico nos tempos t1 e t2 )
PRINCÍPIO DE LE CHÂTELIER
Hemi Louis Le Châtelier (1850-1936) enunciou, em 1884 o princípio de Le Châtelier quando
sistemas em equilíbrio são submetidos a qualquer perturbação exterior, o equilíbrio desloca-se no sentido
contrário de modo a procurar minimizar esta perturbação.
- Fatores que influem as perturbações no equilíbrio:
a) pressão sobre o sistema
b) temperatura
c) concentração
a) Pressão sobre o sistema
Quanto maior é a pressão aplicada sobre o sistema em equilíbrio, maior é o deslocamento para onde
ocorre a contração de volume, este será o lado que contiver menor número de mols de substâncias
gasosas. O inverso ocorre quando a pressão é diminuída.
desloca
CONTRAÇÃO desloca
EXPANSÃO 1
Exemplo: N2 + 3H2 2NH3
2
1 mol 3mols 2 mols
4 molsaumento de pressão deslocamento no sentido 1
diminuição de pressão deslocamento no sentido 2
1
N2 + O2 2NO
53
Aumento de pressão Menor volume (menor nº de mols)
Diminuição de pressão Maior volume (maio nº de mols)
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2
1mol 1 mol 2mols
Se aumentarmos ou diminuirmos a pressão não influenciará no equilíbrio.
b) Temperatura (Variação de K x temperatura)
Aumentando a temperatura de um sistema em equilíbrio, este desloca para o lado que absorve calor
(sentido endotérmico). E vice-versa, ao diminuir a temperatura, o equilíbrio se desloca para o lado que
libera calor (sentido exotérmico)
desloca
SENTIDO ENDOTÉRMICO
desloca
1 SENTIDO EXOTÉRMICO
Exemplo: N2 (g) + 3H2(g) 2NH3 (g) H = -26 Kcal 2
O sinal negativo de H mostra que esta reação é exotérmica no sentido direto. Conseqüentemente
a reação é endotérmica no sentido inverso.
Aquecendo o sistema, há absorção de calor e o equilíbrio desloca-se no sentido inverso (sentido 2)
. Isto provoca aumento das concentrações N2 (g) + H2(g). Resfriando o sistema, isto é, retirando calor, o
equilíbrio desloca-se no sentido direto (sentido 1). Isto provoca aumento nas concentrações de NH3 (g).
c) Concentrações
Um aumento na concentração de uma das substâncias presentes no sistema, deslocará o equilíbrio
para o lado oposto ao que estiver essa substância. Vice-versa, diminuição da concentração, o equilíbrio
será deslocado para o mesmo lado em que a substância se encontra.
54
Aumento de temperatura Absorção de calor
Diminuição de temperatura Liberação de calor
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Percebe-se, assim, que a constante de equilíbrio não se altera. As concentrações de reagentes e
produtos alteram-se, alcançando um novo estado de equilíbrio.
desloca
desloca
Exemplo; Observe o gráfico abaixo:
1
N2 (g) + 3H2(g) 2NH3 (g)
2
- Se aumentarmos a concentração de N2 ou H2 , o deslocamento da reação será no sentido 1
- Se aumentarmos a concentração de NH3, o deslocamento da reação será no sentido 2
- Se diminuir a concentração de N2 ou H2 , o deslocamento da reação será no sentido 2
- Se diminuir a concentração de NH3, o deslocamento da reação será no sentido 1
55
Aumento da concentração Lado oposto da substância
Diminuição de concentração Mesmo lado onde está a substância
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X SOLUÇÕES AQUOSAS: EQUILÍBRIO ÁCIDO- BASE
Constantes de dissociação para ácidos fracos
Ácido Fraco é aquele que não está completamente dissociado. A equação de Arrhenius para a
dissociação do ácido fraco HA é:
Arrhenius
Ka constante de dissociação, pode também ser chamada de Ki que é constante de ionização.
Bronsted- Lowry
A equação de Bronsted-Lowry para a dissociação enfatiza o fato do ácido transferir um próton
para a água.
Em soluções diluídas, a concentração de moléculas de água é a mesma do que em água pura, por
isso, considerando constante, o qual, pode ser escrita:
A força de um ácido está ligada com o seu grau de dissociação em solução que está ligada com a
constante de dissociação. Quanto menor a constante de dissociação de ácidos fracos, menor será a força
do ácido.
Algumas constantes de dissociação de ácidos fracos (25º)
Reação de dissociação Ka
Ácido (a) Arrhenius
(b) Bronsted-Lowry
Acético (a) 1,8 X 10-5
56
HA (aq.) H+(aq.)
+ A
- (aq.)
HA (aq.) + H2O (aq.) H3O
+ (aq.)
+ A
- (aq.)
H+
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Cianídrico 4,0 X 10-10
Hipocloroso 3,2 X 10-8
Ácidos Monopróticos
São ácidos que apresentam apenas um próton disponível. Exemplos: HCl, HBr, HOCl, etc.
Ácidos Polipróticos
São ácidos que apresentam mais de um próton disponível. Exemplos:
a) H2SO3 chamados de dipróticos
Ka1 = 1,3 X 10-2
Ka2 = 6,3 X 10-8
b) H3PO4 chamados de tripróticos
Ka1 = 7,6 X 10-3
Ka2 = 6,3 x 10-8
Ka3 = 4,4 X 10-13
Constantes de dissociação de bases fracas
57
(a) HCN H+ CN
-+
HCN H2O+ H3O+ CN
-+(b)
(a) HOCl H+ OCl
-+
(b) HOCl H2O H3O+ OCl
-+ +
H2SO3 (aq.) H+ (aq.) HSO3
-+ (aq.)
HSO3-
H+ + SO3
-2
H3PO4 H+ H2PO4
-+
H2PO4-
H+ HPO4
-2+
HPO4-2
H+ PO4
-3+
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A dissociação de uma base fraca quando colocada em água, também estabelece um equilíbrio
iônico, porém é focalizada na produção de íons OH-.
Arrhenius
Na dissociação da base fraca de Arrhenius, verifica-se que dissocia em cátions do tipo NH 4+ e
ânions do tipo OH-, porém é importante ressaltar que NH4OH não pode ser isolado como substância pura,
por isso, as moléculas NH4OH não existem, nem em solução.
Bronsted – Lowry
Kb = 1,8 X 10-5
Algumas constantes de dissociação de bases fracas (25º)
Base Reação de dissociação (Bronsted-Lowry) Kb
Hidroxilamina 9,1 X 10-9
Metilamina 4,4 X 10-4
Fosfina 1,0 X 10-14
Dissociação da Água
Produto iônico da água
A água pode ser considerada como um eletrólito fraco. Assim, sofre processo de auto-ionização de
acordo com a seguinte equação:
58
BOH B+ OH
-+
a) NH4OH (aq.) NH4+ OH
-+
b) NH3 (aq.) H2O (aq.)+ NH4+ OH
-+
NH2OH H2O+ NH3OH+ OH
-+
CH3NH2 H2O+ CH3NH3+ OH
-+
PH3 H2O+ PH4+ OH
-+
H2O H2O+ H3O+ OH
-+ H2O H+ OH
-+
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ou,simplesmente,
O grau de ionização da água é extremamente pequeno e, por experiências baseadas em
condutividade elétrica, chegou-se á conclusão de que em 1000g de água há 10 -7 mols de moléculas
ionizadas a 25ºC.
Para descrever o equilíbrio para água fica:
Kw (constante de dissociação da água)
A concentração [H2O] permanece praticamente constante. Assim sendo, para descrever o
equilíbrio químico da água fica:
Kw = [H+] [OH-]
A 25ºC, Kw = 10-14
pH e pOH
Para determinar, na prática, a acidez ou a alcalinidade de soluções aquosas diluídas de eletrólitos,
utiliza-se a escala de medidas: pH e pOH.
Define-se pH e pOH por:
pH = -log [H+] pOH = -log [OH-]
Para o meio neutro, sendo [H+] = [OH-] = 10-7 mol/l, resulta:
pH = -log 10-7 pOH = -log 10-7
pH = 7 pOH = 7
Para o meio ácido, as características ácidas predominam sobre as básicas:
[H+] 10-7 [OH-] 10-7
pH 7 pOH 7
Para o meio básico, a características básicas predominam sobre as ácidas:
[H+] 10-7 [OH-] 10-7
pH 7 pOH 7
Em qualquer solução a 25ºC, verifica-se que:
pH + pOH =14
59
Soluções neutras
Soluções ácidasSoluções básicas
pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pOH 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Aumento da [OH-]Aumento da [H+]
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XI SOLUÇÃO TAMPÃO
Um tampão ou solução tampão é uma solução que sofre apenas pequena variação de pH quando a ela são adicionados íons H+ ou OH-.
É uma solução que contém um ácido fraco mais sua base conjugada como por exemplo H2CO3 e o HCO3-, ou base
fraca com seu ácido conjugado como por exemplo NH4OH e NH4+, em concentrações aproximadamente iguais.
Observe a tabela abaixo e verifique o pH:Solução pH
Água pura 7,0Água pura + 0,01 mol/L de HCl 2,0Água pura + 0,01 mol/L de NaOH 12,0Solução Tampão 7,0Solução Tampão + 0,01 mol/L de HCl 6,8Solução Tampão + 0,01 mol/L de NaOH 7,2
TAMPÃO ÁCIDOA solução tampão é formada por um ácido fraco (HA) e por um sal desse ácido (BA). Temos então:
HA H+ A-+ (1)
BA B+ A-+ (2)
Se adicionarmos um ácido HX, termos na solução, além dos íons acima, os íons H+ e X- proveniente da ionização de HX:
HX H+ X-+ (3)
Porém, estes novos íons H+, provenientes do ácido HX, vão encontrar na solução os íons A -, proveniente do sal BA do tampão, e como HA é um ácido fraco a tendência desses íons é se juntarem para formarem moléculas HA.
Se adicionarmos uma base MOH, teremos na solução, além dos íons acima 1 e 2, os íons M + e OH- provenientes da ionização de MOH (reação 4)
MOH M+ OH-+ ( 4)
Porém, estes novos íons OH-, provenientes da base MOH, vão encontrar na solução os íons H+, vindos do ácido HA do tampão, e eles vão, então, se juntar para formar água; simultaneamente novas moléculas de ácido HÁ se ionizam para substituir os íons H+ permanece constante o pH não se altera.
pH = pKa + log [ sal ]
[ ácido ]
TAMPÃO BÁSICOA solução tampão é formada por uma base fraca (BOH) e por um sal desse ácido (BA). Temos então:
BOH B+ OH-+ (1)
(2)+BA B+ A-
Se adicionarmos um ácido HX, termos na solução, além dos íons acima, os íons H+ e X- proveniente da ionização de HX:
HX H+ X-+ (3)
Porém, estes novos íons H+, provenientes do ácido HX, vão encontrar na solução os íons OH-, vindos da base BOH do tampão, e eles vão, então, se juntar para formar água, simultaneamente novas moléculas da base BOH se ionizam para substituir os íons OH- retirados da solução pelos íons H+ provenientes do ácido conjugado.
Se adicionarmos uma base MOH, teremos na solução, além dos íons acima 1 e 2, os íons M + e OH- provenientes da ionização de MOH (reação 4)
MOH M+ OH-+ ( 4)
60
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Porém, estes novos íons OH-, provenientes da base MOH, vão encontrar na solução os íons B+, vindos do sal BA do tampão, e eles vão, então, se juntar para formar BOH, simultaneamente novas moléculas da base BOH se ionizam, para substituir os íons B+ retirados da solução pelos íons OH- provenientes da base adicionada.
Como podemos ver, nos dois casos, a concentração de OH - da solução original (solução tampão) vai permanecer praticamente constante e se a concentração de OH- permanece constante o pH não se altera.
pOH = pKb + log [ sal ]
[ ácido ]
TAMPÕES EM SISTEMAS BIOLÓGICOSAs velocidades de reações bioquímicas em plantas ou animais são sensíveis a variações de pH, ou porque são afetados
equilíbrios críticos ou, mais freqüentemente, porque a velocidade de uma das etapas do mecanismo de reação é muito alterada pela mudança do pH do meio de reação. Entretanto, estas variações de pH normalmente não ocorrem em organismos sadios, porque seus fluidos internos são tamponados. Grandes variações na comida, na bebida e na maneira de viver, embora produzam mudanças internas consideráveis no corpo, afetam muito pouco o pH do sangue. Até a maioria das doenças provoca mudanças muito pequenas.
O sangue humano é tamponado por uma série de sistemas, incluindo:
H2PO4-(aq.) HPO42
-(aq) H+(aq)+ pKa = 7,20
H2CO3(aq) HCO3-(aq) H+(aq)+ pKa = 6,38
O sistema H2CO3 e HCO3- no sangue é especialmente interessante. Dióxido de carbono gasoso se dissolve na água, e
uma pequena porção, aproximadamente 1%,se combina com a água formando ácido carbônico, H2CO3:
CO2(aq) H2O H2CO3(aq)+
H2CO3 não pode ser isolado puro, entretanto em solução comporta-se como ácido diprótico fraco. A perda do primeiro próton produz o íon bicarbonato:
H2CO3(aq) H+(aq) HCO3-(aq) + K = 4,2 X 10-7
1
Mas o valor de K1 dado aqui reflete a expressão da lei de ação das massas, na qual a concentração total de CO2
dissolvido, incluindo aquele que está combinado sob forma de H2CO3, está combinado sob forma de H2CO3, está no denominador:
[H+] [HCO3-]
= K1[CO2
+ H2CO3]
Como a maior parte do CO2 não está combinado sob forma de H2CO3, escreve-se normalmente
[H+] [HCO3-]
= K1
[CO2]
e o equilíbrio como
CO2 (aq) H2O H+(aq) HCO3-(aq)+ +
Portanto, a adição de CO2 à água produz uma solução ácida, e o CO2 dissolvido mais o HCO3- contituem um
sistema tampão. As células do corpo humano produzem CO2, que dissolve no sangue venoso retornando ao coração e pulmões. Nos pulmões, parte do CO2 é perdido por meio de exalação e, assim, o pH aumenta um pouco. Na realidade, se não houvesse outros sistemas de tampões no sangue, a mudança de pH seria excessiva. A respiração é estimulada pela presença de CO 2 no sangue. Se tivermos uma hiperventilação isso pode acarretar um aumento de pH do sangue cerca 0,05 unidades, podendo produzir leves tonturas, dores fortes no peito. Porém o inverso, ou seja, um acúmulo de CO 2 no sangue acarreta em uma diminuição de pH que poderá produzir pneumonia.