Química Geral: Introdução à Matéria e Suas Transformações, Esquemas de Química Aplicada

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Química Geral e Experimental

UNIDADE 1

Para início de conversa

Prezado(a) aluno(a)!

Seja muito bem-vindo(a) à disciplina de Química Geral, que faz parte do curso básico das engenharias. Essa disciplina é de fundamental importância na sua formação, uma vez que trata do estudo de tudo aquilo que vemos ao nosso redor (matéria) e como podemos realizar suas transformações. Conto com seu comprometimento nesta nova jornada de estudos!

orientações da disciPlina

Nessa disciplina, que será dividida em 4 unidades, veremos os aspectos gerais da Química, incluindo algumas definições importantes, tais como: matéria, massa, volume, densidade, substâncias, misturas e os fenômenos físicos e químicos, além de estudarmos a estrutura básica de qualquer matéria (o átomo) e suas partículas.

Nossa saga prossegue no estudo da Tabela Periódica dos Elementos, que nos dará a base para o entendimento de como ocorrem as ligações entre os átomos, o que explicará os diferentes aspectos das substâncias que vemos ao nosso redor. Nosso curso prossegue e finaliza com a introdução às reações químicas e o entendimento dos cálculos estequiométricos, que relacionam as quantidades de substâncias que reagem para a formação de novos produtos.

definiçÃo, iMPortÂncia da QUíMica e Breve HistÓrico

o que é a Química?

A Química é a ciência que estuda a matéria (ou seja, tudo aquilo que entendemos por material ou parte dele) e suas transformações. Sendo assim, a Química se encontra em todos os lugares. Em qualquer local, situação ou contexto a Química estará sempre presente.

Nossa civilização foi intensamente mudada com o advento dessa ciência e isso se torna evidente se observarmos as coisas que usamos, os medicamentos que tomamos, os alimentos que ingerimos e toda sorte de tecnologia que se encontra ao nosso alcance, os quais seriam impossíveis de existir sem o entendimento da composição e transformação da matéria, que o homem veio dominando com o passar dos séculos e que é objeto de estudo até hoje. Só o fato de entender que esses materiais citados passaram por algum tipo de processo químico (ou seja, algum procedimento de transformação da matéria original) antes de chegar às nossas mãos, é suficiente para provar o quanto dependemos da Química.

Fonte: http://sereduc.com/EqajSV - http://sereduc.com/2qZjiS - http://sereduc.com/0Or9vS

veja o vídeo!

E agora que tal desenvolver uma definição própria da química? Vou lhe dar uma ajuda... Eu o convido a assistir a uma pequena animação: “A História Química da Humanidade” esse vídeo tem 4’36” de duração. Clique aqui para assistir. Acho que você irá gostar muito! Veja lá, é rapidinho. Quem sabe após assistir esse vídeo seu conceito sobre química fique mais encorpado?

cuidado! isso contém Química!

GUarde essa ideia!

Do que foi exposto no parágrafo acima, podemos afirmar que é impossível que alguma coisa exista sem química. No entanto, sabemos que existem anúncios de venda de produtos alegando que os mesmos “não possuem química” ou que são “isentos de química”.

Isso não possui fundamento algum, rigorosamente falando. Qualquer marca de xampu, por exemplo, apresenta produtos químicos que fazem parte de sua composição, tais como: o lauril éter sulfato de sódio (que auxilia na limpeza do cabelo, reduzindo a oleosidade do couro cabeludo), formaldeído (auxilia no controle de bactérias que podem crescer nos cabelos) e glicerina (que ajuda na regulagem do teor de gordura natural dos cabelos), além de muitos outros produtos. Outro fato curioso é que esse cuidado, ao anunciar que algo “não contém química”, está sempre associado a produtos que interessam à nossa saúde.

De fato, se prestarmos atenção às propagandas, os cosméticos e os alimentos são as principais categorias de produtos onde esse fato é bem mais pronunciado. Isso gera outro problema: a associação da “química” com “coisa danosa ou ruim para a saúde”. É verdade que existem substâncias químicas que são prejudiciais à saúde e ao meio ambiente, mas também existem muitas outras que são vitais para a nossa sobrevivência, como os carboidratos, vitaminas e proteínas. É preciso, então, quebrar esse paradigma existente em nossa sociedade.

reflexão: você poderia dizer o que há de errado com esse tipo de publicidade?

Na verdade, toda e qualquer substância pode ser maléfica ou benéfica, dependendo do uso que fizermos dela. O ácido sulfúrico (fórmula H 2 SO 4 ), por exemplo, é uma substância altamente corrosiva e perigosa. Se ela entrar em contato com a pele humana, poderá danificar a estrutura dos tecidos de forma irreversível, porque reage com as proteínas de nossa pele. Esse recurso foi utilizado pelo inglês John Haigh, o notório assassino da banheira ácida, ao se desfazer de, pelo menos, seis de suas vítimas com ácido sulfúrico concentrado, entre os anos de 1944 e 1949.

No entanto, esse mesmo ácido é um dos produtos mais importantes da indústria química, uma vez que ele é matéria-prima para a fabricação de centenas de compostos que usamos no cotidiano (produção de Nylon, pigmentos, combustíveis, baterias de automóveis, papel, fertilizantes, entre outros). Na verdade, sua importância é tão grande, que um dos parâmetros de medida da força industrial de um país é a sua produção deste ácido. Em outras palavras, um país que produz muito ácido sulfúrico possui um enorme potencial industrial.

Assim, substâncias são boas ou ruins dependendo de sua utilização. O conhecimento da Química deve ser usado sempre de forma racional, com o intuito de melhorar sempre o avanço tecnológico e estudar formas de reaproveitamento de potenciais substâncias danosas ao meio ambiente e, é justamente isso que os químicos procuram fazer através do conhecimento da estrutura das substâncias.

Com o surgimento da Mecânica Quântica no século XX, o átomo foi cada vez mais sendo compreendido até que a Química chegou ao nível de hoje.

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Caro(a) aluno(a), a história da química se confunde com a evolução da humanidade e seria MUITA pretensão de minha parte querer explicar todas as implicações que as descobertas e o uso da química nos trouxeram como benefícios, essa não será minha tarefa.

Mas, eu posso tentar ajudar... Você já ouviu falar no e-aulas? Inspirados nos serviços já em uso por Universidades de renome internacional como a Harvard, MIT e Princeton, a Universidade de São Paulo

• USP disponibiliza o e-Aulas. Um serviço que tem como uma de suas funções a disseminação do conhecimento, permitindo que professores disponibilizem suas videoaulas, e que alunos acessem vídeos de diversas disciplinas ministradas pela USP, e melhor, aberto ao público!

veja o vídeo!

Nesse contexto de novos paradigmas da EAD, eu o convido a acessar as aulas disponíveis no ambiente do e-Aulas, lá vocês encontrarão várias aulas das disciplinas que irão ter ao longo desse seu curso e, como primeira sugestão peço que assista a aula de n°. 09 do professor Henrique Eisi Toma: Lavoisier e o início da Química. Clique aqui para assistir. (Vídeo tem a duração de 45’41’’).

Na aula, o professor aborda o desenvolvimento do início da química dedicando sua apresentação à figura de Antoine Lavoisier considerado por nós: “O pai da química moderna”.

Esse vídeo fica só como sugestão para que você possa expandir um pouco mais seu conhecimento sobre essa maravilhosa ciência, assista-o sem compromisso e bons estudos!

introdUçÃo ao MÉtodo científico

Palavras do Professor

Prezado(a) estudante, agora que você está disposto a aprender a distância eu lanço uma pergunta bem direta: Será que você terá o interesse de fazer todas as perguntas que desejar? Ou melhor, reformulando: A inibição, em geral, que uma sala de aula pode produzir nas pessoas será diminuída pelo fato de você agora poder fazer seus questionamentos livre dos olhares de seus colegas de sala? Bem, espero que a resposta seja positiva e que você queira fazer seus questionamentos apesar do julgamento e dos olhares dos outros, porém, penso que isso não é uma tarefa fácil, inclusive o ato de pensar deve ser um exercício diário para sua vida, seja no âmbito profissional, seja no âmbito pessoal.

E aí poderá vir à questão: “Aprender a pensar? Eu já faço isso todos os dias!” Será? Aprender a pensar, talvez seja o primeiro passo que tenhamos que dar para desenvolver nossos conhecimentos científicos e, enfim, fazer ciência!

Eu gostaria de ajudá-lo nisso: Levar você para longe de sua zona de conforto e provocá-lo a (re)pensar nas coisas ao seu redor, fazer com que você comece a desenvolver seu “Método Científico”.

acesse sUa BiBlioteca virtUal

Como sugestão para essa provocação, gostaria que você pudesse dar uma lida no capítulo 1 de um livro que está disponível em sua biblioteca virtual, da professora Celicina Borges Azevedo: Metodologia científica ao alcance de todos, 2ª edição, editora Manole. Faça o uso do buscador presente na biblioteca virtual para encontrar o livro e boa leitura!

o QUe É MetodoloGia científica?

Então, depois da leitura será que sua ideia de pensar foi modificada? Bem, espero que pelo menos um pouco. Então, vamos continuar com nossos estudos. Vamos falar do Método Científico.

Como você já pode ter percebido todo o conhecimento adquirido pelo homem, especialmente o científico, é baseado na observação dos fenômenos da natureza. E como isso acontece? Bem, em poucas palavras, podemos dizer que quando as perguntas certas são feitas, mesmo que elas possam parecer absurdas para nossos padrões, queremos solucionar o problema proposto. Para isso, realizamos experimentos que possam tornar a nossa observação racional e dar respostas às perguntas que fizemos inicialmente, ou seja, procuramos entender a razão de seus acontecimentos.

Então podemos dizer que o Método Científico é o processo rigoroso onde são testadas novas ideias a cerca de como a natureza funciona. Quer um exemplo de sucesso do Método Científico?

Vejamos o exemplo de Louis Pasteur:

Louis Pasteur (França, *1822 - †1895), procurava refutar uma teoria, que era quase consenso entre os cientistas da época, desde os tempos de Aristóteles. A teoria da geração espontânea ou abiogênese, a teoria afirmava que a matéria inanimada poderia dar origem a seres vivos. Acreditava-se, na Grécia antiga, por exemplo, que rãs e minhocas poderiam ser geradas espontaneamente de um pequeno lago de lama. Assim, os cientistas da época de Pasteur acreditavam, por exemplo, que moscas e insetos poderiam ser gerados num pedaço de carne envelhecido. Para refutar a abiogênese, Pasteur recorreu a um experimento interessante, como está ilustrado na figura 1.

estUdo da MatÉria - i Parte

MatÉria: elementos, compostos e Mistura.

acesse sUa BiBlioteca virtUal

Vamos partir para nosso livro? Para iniciarmos nossa aula, acesse sua biblioteca virtual e leia a seção 1.2 de nosso livro-texto (BroWn, theodore; leMaY, H. eugene; BUrsten, Bruce e. Química: a ciência central. 9 ed) páginas 3 a 8.

Boa leitura.

Então...? Após a leitura da seção desejada você teve alguma novidade? Bom, pelo que eu tenho coletado pela minha experiência, acredito que não. O conceito de matéria e elemento químico é muito difundido entre nós. O que talvez tenha acontecido, tenha sido um amadurecimento de sua definição, mas precisa quando comparada da maneira como você descrevia a matéria.

Se isso aconteceu com você. Ótimo! Sinal de progresso.

Pois bem, na leitura tivemos uma distinção entre o que é; Elemento químico, Compostos, Substâncias e Misturas, como exercício eu aconselharia que você (mentalmente) classificasse o que está no seu cotidiano. O café que você toma ou a água que você bebe, ou quem sabe os materiais com o que você trabalha, tudo que está no seu dia a dia, muito provavelmente deve ser uma mistura de vários compostos químicos, quais são suas fórmulas químicas? De que elementos eles são compostos? Se começar a praticar essas definições que você aprendeu, talvez o ajude a fixar esses conceitos e, de quebra, trazer a química para mais perto de você.

Eu deixo isso como uma sugestão!

Palavras do Professor

Agora, e se você teve dificuldades? Talvez seus conhecimentos de Química tenham sido muito escassos, de tal sorte que não houve tempo para você amadurecer essas informações. Bem, não se preocupe! Aprender é, de fato, uma tarefa árdua, se fosse tão fácil, teríamos uma miríade de gênios de todas as ciências, não é verdade?

veja o vídeo!

Se você se enquadra nessa categoria, ou só deseja aprender de outra maneira, eu proponho que assista a um vídeo da coleção “Vestibulando Digital” (o canal é dedicado a alunos do Ensino Médio e apresentam vídeos de algumas matérias que são cobradas no ENEM, nós não iremos estudar para o ENEM, mas a informação é válida e está bem detalhada, vale a pena conferir!) A professora Simone Morgado, com muita simpatia e calma, apresenta as definições sobre o que acabamos de ler, o vídeo tem 12’22’’ de duração. Clique aqui para assistir.

Bom vídeo, e até mais!

Propriedades da Matéria

Você já deve estar careca de saber! Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. Qualquer coisa que imaginarmos de material, obviamente, é matéria. Um carro, uma mesa, um livro, os seres humanos, o ar atmosférico. Todos são exemplos de matéria, uma vez que possuem massa e ocupam espaço. O que é mais importante aqui é saber que essa matéria goza de propriedades que as identificam e distinguem umas das outras. Como saber, por exemplo, que um material é de ouro puro ou ouro 18 quilates?

Propriedades extensivas e intensivas da matéria

De novo, não é novidade para você; as coisas que nos cercam têm alguma massa e ocupa algum espaço. E como eu disse a matéria possui propriedades. Inicialmente, podemos classificar essas propriedades como: Propriedades Extensivas e Propriedades Intensivas.

Aquelas que dependem da quantidade de matéria com que estamos lidando, serão classificadas como Propriedades Extensivas, por exemplo: um grão de areia possui uma massa e ocupa um volume diferente quando comparadas com um caminhão cheio desse mesmo material, não é verdade? Agora, esse mesmo grão e esse mesmo caminhão tem uma densidade (lembra o que é densidade?), igual, isto é, não dependem da quantidade de matéria que está envolvida no problema, nesse caso dizemos que essa propriedade, densidade, é uma Propriedade Intensiva. Como o número de propriedades é muito grande, será muito mais proveitoso se começarmos a entendê-la devagar, e com o passar do curso, você irá entender essas e outras várias propriedades, isso é só uma questão de tempo e esforço. Você chega lá!

substâncias, Misturas e sistemas

Já vimos que um conjunto de átomos com as mesmas propriedades constitui um Elemento Químico e que cada combinação de átomos numa proporção definida forma uma substância. A classificação das substâncias se dá de acordo com sua composição. Quando a matéria é composta por apenas um tipo de átomo ou molécula, possuindo características próprias, ela é chamada substância pura. As substâncias puras são divididas em:

GUarde essa ideia!

O leite é considerado mistura heterogênea porque, apesar de vermos uma única fase com os nossos olhos, ela possui partículas de gordura que não dá para enxergar porque o leite possui cor branca, e não transparente.

Os sistemas, por sua vez, são composições da matéria que podem ser classificadas, como:

• Sistema Homogêneo: Apresenta aspecto contínuo, constituído por uma só fase.
• Sistema Heterogêneo: Apresenta aspecto descontínuo, constituído por mais de uma fase.

Fonte: Autor,

Os conceitos de substâncias, misturas e sistemas são facilmente confundíveis, por isso, é bom fazer-se uma observação. Um sistema pode ser constituído de substância ou mistura. Se for só formado por um tipo de moléculas, sabe-se que se trata de uma substância pura e não de mistura. Se tiver uma única fase, será homogêneo, se tiver mais de uma, heterogêneo. Agora, se o sistema for formado por mais de um tipo de moléculas, será mistura. Da mesma forma, poderá ser também homogêneo ou heterogêneo.

também não devemos confundir fase com componente:

Fase: Tem relação com o aspecto do sistema ou se há continuidade ou descontinuidade.

Componente: Cada substância que forma o sistema.

exeMPlo

1. Água + açúcar = 1 fase e 2 componentes.
2. Água + óleo = 2 fases e 2 componentes.
3. Água + gelo + vapor d’água = 3 fases e 1 componente.
4. Água + sal + areia = 2 fases e 3 componentes.
5. Ar atmosférico = 1 fase e 3 componentes.

O cafezinho que se encontra numa xícara, constitui um sistema homogêneo ou heterogêneo? Ele é substância pura ou mistura? Quantos componentes e fases ele possui?

GUarde essa ideia!

Fazendo essas indagações a qualquer coisa que vemos no dia a dia, podemos classificar os sistemas (matéria) ao nosso redor. Para o cafezinho, ele pode ser um sistema homogêneo (se todo café foi dissolvido na água, sem sobras) ou heterogêneo (se sobraram partículas solúveis de café no fundo da xícara). É uma mistura porque temos, no mínimo, o café e a água que são substâncias diferentes. Teremos aí, no mínimo, dois componentes.

Na próxima aula, que finaliza a unidade, trataremos dos estados físicos da matéria e da distinção entre fenômenos físicos e químicos. Realizem as atividades do fórum.

estUdo da MatÉria - ii Parte

ProPriedades físicas da MatÉria

Vamos revisitar o conceito de química? Eu havia escrito que: “Química é a ciência que estuda a matéria [...] e suas transformações”. Então, verificando essa pequena definição faz-se necessário que possamos saber que transformações podem acontecer com a matéria, nós já vimos isso quando assistimos a um dos nossos vídeos sugeridos, recorda qual?

Bem, vamos falar dessas transformações então. Podemos classificar as transformações em físicas e químicas:

Transformações Químicas: São aquelas em que ocorre o reagrupamento dos elementos químicos em novos compostos e/ou substâncias, ou seja, na transformação química os elementos que formavam a matéria antes da transformação, estarão agora reagrupados de modo diferente depois da transformação formando outros compostos e/ou substâncias químicas.

São exemplos bem comuns de transformações químicas: a combustão da gasolina, o cozimento de alimentos, as transformações que ocorrem nas indústrias químicas. Pense como o petróleo se transforma em uma enorme quantidade de compostos. Às vezes dizemos que transformações químicas são consideradas descontínuas.

Transformações Físicas: Transformações físicas são consideradas contínuas. São aquelas onde ocorre somente a mudança do estado de agregação da matéria sem ocorrer, de fato, o reagrupamento dos elementos.

São exemplos de transformações físicas: a ebulição da água, a liquefação do nitrogênio gasoso existente no ar atmosférico. Na figura X abaixo, mostro a vocês como devemos chamar essas mudanças, acredito que você já tenha ouvido falar em algumas delas.

leitUra coMPleMentar

Essa etapa do seu guia será crucial para o bom desenvolvimento de sua carreira profissional. Como parte integrante dessa nossa etapa, peço que você leia cuidadosamente as seções 1.4, 1.5 e 1.6 de nosso livro-texto, páginas 12 a 25 e, se for o caso, releia e consulte sempre que puder.

Boa leitura e até mais!

Palavras do Professor

Então, voltou de sua leitura? Compreendeu tudo certinho? Espero que sim, quero muito que você entenda a importância manter a dimensionalidade de seus cálculos.

Praticando

Agora, se você quiser verificar sua aprendizagem eu sugiro um pequeno teste disponível clicando aqui, o site é mantido pela UOL e creio que não teríamos problemas em indicá-lo, espero que esse pequeno teste se mantenha ao longo dos semestres para você e os próximos colegas que irão se juntar a essa jornada.

Só para deixar claro, o teste é apenas uma pequena verificação do assunto que abordamos aqui no tópico, ele não terá nenhuma validade para pontuações futuras ou pontos extras de suas avaliações, ok?

veja o vídeo!

Prezado(a) estudante, mais uma vez. Tenho muita certeza da disposição que você demonstra para aprender e, como esse tópico é muito, mais muito importante mesmo, vou sugerir que além da leitura do tópico no livro a pesquisa de vídeos sobre o tema: “Unidades de medida”. Certamente, você irá encontrar vários vídeos a sugestão que irei recomendar é de outro vídeo preparado para alunos de Ensino Médio (pois são os mais comuns) ele tem 22’34’’ de duração. Clique aqui para assistir. É só uma sugestão.

Agora, se você tem outro vídeo que achou interessante, aproveito a oportunidade para incentivá-lo a divulgar no fórum junto aos seus colegas, além da interação que ocorrerá. Certamente, o compartilhamento irá promover a descoberta de outros e, quem sabe, melhores vídeos que esses que o apresentei.

Palavras do Professor

Se você percebeu, com essa última leitura da seção, acabamos por terminar o capitulo 1 do nosso livro- texto, que tal se você pudesse fazer uma revisão? Só para se manter afiado quanto aos conhecimentos agregados até aqui?

Saiba que o nosso livro-texto contém uma seção na internet com vídeos e animações que podem ajudá-lo na compreensão de alguns temas abordados, e que, para que você use todo o potencial que o livro oferece é necessária à instalação de alguns apps e softwares que estão explicados clicando aqui na seção de “recursos para o aluno”, lá você também encontrará o exercício que eu proponho a ser feito. Clique aqui para acessar.

acesse o aMBiente virtUal

Agora chegou o momento de acessar o ambiente e responder a atividade. Caso tenha alguma dificuldade, não perca tempo, pergunte ao seu tutor!

No mais, continue com sua dedicação e bons estudos!