16/03/2012

1

Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza

Departamento de Química Disciplina: Química Geral

Propriedades,medidas, algarismos significativos,

estrutura atômica Curso: Tecnologia em Produção Sucroalcooleira Professora: Liliana Lira Pontes

Semestre 2012.1

Propriedades Físicas e Químicas

→Identificar os materiais e distinguir uma espécie da outra;

→Propriedades Físicas: Podem ser observadas e medidas sem que a estrutura química/identidade da substância se altere.

→Propriedades Químicas:

descrevem uma transformação química (uma reação química) que

uma substância sofre.

Ferrugem

Propriedades Físicas e Químicas

Intensivas: independem do tamanho da amostra

Ex: temperatura

Extensivas: dependem do tamanho da Amostra

Ex: massa e volume

Propriedades Intensivas e Extensivas

Densidade (Propriedade Intensiva)

d = massa/volume ou d = m/v

Relacionada com as mudanças que a matéria pode sofrer;

Em química definimos: “medida da capacidade de realizar trabalho”

Energia cinética, energia potencial e energia eletromagnética;

SI-Unidade de Joule (J)

Nas reações químicas usa-se, geralmente, quilojoule (kJ)

1kJ = 103 J

Energia

Energia que um corpo possui devido ao seu movimento;

Ec= ½ mv2

Energia Cinética (Ec)

Expresso em Joule (J) ou quilojoule (kJ)

1J = 1kg.m2.s-2

16/03/2012

2

Energia que um corpo possui em função de sua posição em um campo de força

Energia Potencial (Ep )

Ep= mgh

m = massa

g= aceleração de queda livre (9,81 m. s-2)

h = altura

Energia potencial de Coulomb - Partículas carregadas em um campo eletromagnético

Ep= q1q2/4πεor

Tem relação com as distâncias das cargas em uma partícula

Energia Eletromagnética

Como a energia é transportada pelas ondas de rádio, ondas de luz e raios X.

Campo eletromagnético é gerado pela aceleração de partículas carregadas.

Energia Total

E = Ec + Ep

Variação de Energia

ΔE = Efinal - Einicial

Fornecem dados numéricos e são essenciais para a descrição das propriedades;

Envolvem unidades. Na ciência se usa o sistema internacional de Unidades (SI);

SI é fundamentado em um conjunto básico de sete unidades básicas

Medidas

→Área =comprimento x largura

→(metro) x (metro) = (metro)2

Unidades diferentes do SI são usadas em Química

Medidas

Comprimento

→Unidade básica do SI para comprimento, o metro (m)

→Para laboratórios centímetros (cm) e o milímetro (mm)

1 cm = 10-2 m= 0,01m

1mm = 10-3 m=0,001m

1m = 100cm = 1000mm

1cm= 10mm

Unidades usadas em Laboratório

16/03/2012

3

Volume

→Em química as medidas de volume aparecem quando medimos quantidades de líquidos;

→Metro cúbico, m3

→Tradicional – litro (L)

→1L = 1 dm3;

→1L = 1000mL;

→1cm3=1mL;

Unidades usadas em Laboratório

Massa

No SI, a unidade fundamental de massa é o quilograma(kg), embora o grama (g) seja mais conveniente.

1kg = 1000g

1g=0,001 Kg

Unidades usadas em Laboratório

Temperatura →Geralmente medida com um termômetro;

→São graduados em graus;

→Escala Celsius

(água congela 0oC)

→ Escala Fahrenheit (32 oF)

→Escala kelvin (K) - SI

Unidades usadas em Laboratório

TF = (9oF/5oC)tc + 32 oF

Tk = (tc + 273oC)

Unidades usadas em Laboratório

Incerteza nas medidas

Medidas

incertezas

Não são exatas Limitações da capacidade de leitura de escalas

Variações incontroláveis

16/03/2012

4

→Termômetro a esquerda - um grau entre si ( 24oC e 25oC)- incerteza de ± 0,1oC

→Várias leituras-24,3, 24,2 ou 24,4 (24,3 ± 0,1oC)

→Termômetro da direita – incerteza de ± 0,01oC – incertezas menores, mais algarismos (24,32 oC ± 0,01oC )

A confiabilidade dos dados é indicada pelo número de algarismos usados para representar os valores neles contidos

QUALIDADE

Detecção de erros

Expressar corretamente os resultados

Algarismos Significativos (AS)

É o número mínimo de algarismos necessários para expressar o valor de uma medida, de modo que apenas o último algarismo seja duvidoso. (Precisão de uma medida)

8,5 6

Algarismos certos

Algarismo duvidoso

somente o algarismo mais afastado à direita(último) Não é conhecido com certeza

Algarismos Significativos (AS)

Quanto mais algarismos significativos houver na medida de uma

grandeza, mais precisa será a medida, ou seja quanto menor a

incerteza (±) mais confiável e reprodutível é a medida.

Vamos considerar um mesmo corpo, de 11,1213 g, é pesado com uma balança cuja a incerteza é de ± 0,1g e, com outra, cuja incerteza é de ± 0,0001 g (balança analítica)

A B ± 0,1 g

11,1 g 11,1213 g 3 AS 6 AS

11 g

11,12 g

Escrever...

11 g 11,1 g

11,12 g 11,121 g

ERRADO ! !

±0,0001 g

Regras Sobre a determinação do número de Algarismos Significativos

Na determinação do número de algarismos significativos de um número, seus dígitos são contados, inicialmente pelo primeiro dígito diferente de zero à esquerda; Ou seja, todos os algarismos diferentes de zero são significativos.

Número Número de algarismos significativos

7 1

7,4 2

7,41 3

7,414 4

16/03/2012

5

(1) Os zeros são significativos quando fazem parte do número e não são significativos quando são usados para indicar a ordem da grandeza

a) Zeros situados à esquerda de outros dígitos não são significativos Indicam apenas o número de casas decimais.

b) Zeros terminais só são significativos se forem resultado de uma medida. Não são significativos se apenas indicam a ordem da grandeza de um número.

c) Zeros cercados de outros dígitos São Algarismos Significativos

Regras Sobre Algarismos Significativos

EX: 0,15016; 0,015016; 0,0015016; 0,00015016 Quantos AS?

EX: 4,00 ± 0,01g . Quantos AS ?

Ex: 90,7 AS ? 0,0305 AS ?

e) Zeros no final de um número SEM vírgula decimal e que NÃO são resultados de medidas Não são significativos pois apenas indicam a ordem da grandeza do número.

d) Zeros no final de um número à direita da vírgula decimal ou quando forem resultados de uma medida SÃO significativos

20mg (2) ; 2300kg (4); 0,06350 (4); 1,930 (4)

3200 (2); 40.883.000 (5); 75.400 (3)

ATENÇÃO! Recomenda-se usar a notação científica para expressar os resultados de uma medida, pois podem ocorrer ambiguidades em relação ao número de algarismos significativos.

3,2 x 103 4,0883 x 107 7,54 x 104

Regras Sobre Algarismos Significativos

Ex1: 45.000 4,5 x 10 4 (2)

4,50 x 104 (3)

EX2: 27.000 2,7 x 104 (2)

2,70 x 104 (3)

2,700 x 104 (4)

2,7000 x 104 (5)

EX3: 92.500 9,25 x 104 (3)

9,250 x104 (4)

9,2500 x 104 (5)

Ex4 : 2.500kg 2,5 x 103 (2)

2,50 x10 3 (2)

2,500 x 103 (4)

Ex5: 74.500 7,45 x 104

7,450 x 104

7,4500 x 104

7,4500 x 104

Atenção!

EX: 4,94 cm = 0,0494 m

494 m = 494x103 mm

Ao efetuar mudanças de unidades o número de algarismos significativos não se altera.

Regras Sobre Algarismos Significativos

a) Se o dígito que segue o último algarismo significativo for menor que 5,

O dígito a ser arredondado permanece inalterado. EX: Apresentar 0,5742 com 3 A.S. → ??

b) Se o dígito que segue o último algarismo significativo for maior que 5,

O dígito a ser arredondado é aumentado em uma unidade.

EX: Apresentar 0,5746 com 3 A.S. → ??

(0,574)

(0,575)

Regras de Arredondamentos

c) Se o último algarismo significativo for igual a 5, arredonda para o número par mais próximo. Expressar os seguintes resultados com 2 AS EX1: 8,65 → ? EX2: 8,75 → ? EX3: 8,55 → ?

(8,6)

(8,8)

(8,6)

Regras de Arredondamentos

16/03/2012

6

a) Somas e diferenças: o resultado retém o número de casas decimais da parcela com o menor no de casas decimais.

EX: 3,4 + 0,020 + 7,31 = 10,73 → ?? b) Multiplicação e divisão: O resultado apresenta o mesmo número

de algarismos significativos do número com o menor número de algarismo significativos.

EX: 25,11 x 0,104 = 2,61144 → ?? 3 AS

Cálculos com Algarismos Significativos c) Logs: o log de um número deve ter tantos dígitos à direita do

ponto decimal quantos forem os A.S do número original. Ex: log (4,000 x 10-5) = - 4,3979 (4 AS) (4 casas decimais)

d) Antilogs: no antilog de um número deve-se reter tantos dígitos quantos dígitos existirem à direita do ponto decimal do número original.

Ex: antilog 12,5 = 3 x 1012 (1 dígito )

3,16 x 1012

EXERCÍCIOS

1) Um corpo pesou 2,2 g numa balança cuja sensibilidade é 0,1 g e outro 0,1145 g ao ser pesado em uma balança analítica. Calcular a massa total dos dois corpos, nestas condições.

2) Um pedaço de polietileno pesou 6,8 g numa balança cuja incerteza é 0,1 g. Um pedaço deste corpo foi retirado e pesado em uma balança analítica cuja massa medida foi de 2,6367 g. Calcular a massa do pedaço de polietileno restante.

3) Sabendo que a densidade do clorofórmio é de 1,4832 g.mL -1 a 20oC, qual seria o volume necessário para ser usado num procedimento extrativo que requer 59,69g deste solvente?

4) Estabeleça qual é o número de algarismos significativos para cada um dos seguintes valores numéricos: (a) 0,0100 (b) 75.400 (c) 2.500 (d) 0,007

7) Faça o arredondamento dos seguintes números para que contenham dois algarismos significativos: (a) 12,9994 (b) 702.801 (c) 3,00828

Evolução dos modelos atômicos

Constituição Elementar da Matéria

→Gregos - 4 elementos que originavam todas as outras coisas.

ÁTOMO

Sucessivas Divisões

Matéria/corpo

Demócrito Leucipo

Filósofos gregos

16/03/2012

7

John Dalton

1807

Modelo Atômico

Evolução da Teoria Atômica

Experimentação

Reações Químicas

1. Todos os átomos de um dado elemento químico são idênticos

2. Os átomos de diferentes elementos tem massas diferentes

3. Um composto é uma combinação específica de átomos de mais de um elemento

4. Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos mas trocam de parceiros para produzir novas substâncias

Lei da conservação das massas

“ nenhum ganho ou perda de massa detectável ocorre nas reações químicas. A massa é conservada”

Lei das proporções definidas

“ em um dado composto químico, os elementos estão sempre combinados na mesma proporção de massa”

Experimentação

Reações Químicas

Hipóteses

“Toda matéria é feita de várias combinações de formas simples de matéria chamadas elementos químicos. Um elemento é uma substância que consiste de uma única espécie de átomo”

Átomo

(Modelo da bola de bilhar)

Evolução da Teoria Atômica

Em 1989 a IBM assombrou o mundo ao escrever a palavra I-B-M usando 25 átomos de xenônio com um microscópio eletrônico de tunelamento

“Toda matéria é composta de várias combinações de formas simples de matéria chamadas elementos químicos. Um elemento é uma substância que consiste de uma única espécie de átomo”

Átomo

(Modelo da bola de bilhar)

Imagem de STM (7 nm x 7 nm) de uma cadeia em ziguezague simples de átomos de arsênio (vermelho) sobre uma superfície de arseneto de gálio (azul).

Evolução da Teoria Atômica

1897 Descoberta dos Elétrons

Átomos não são indivisíveis

Joseph John Thomson (1871-1937)

Tubo de raios catódicos

Evolução da Teoria Atômica

ELÉTRONS

Possuem massa Caminham em linha reta São formados por partículas negativas

Conclusão de Thomson a respeito dos raios catódicos:

Carga de um elétron:

1,602 x 10-19 C

Outra partícula atômica (Prótons)

? ? ?

Novos Questionamentos

“”átomos tem carga zero”

Evolução da Teoria Atômica

De que maneira os prótons e elétrons estariam dispostos no átomo?

Até que ponto seria correto o modelo de Thomson?

Modelo atômico de Thomson “Pudim de passas”

“bolha positivamente carregada de material gelatinoso, com elétrons suspensos nela”

Evolução da Teoria Atômica

16/03/2012

8

Em 1911

Ernest Rutherford (1871-1937)

Experimento de Rutherford

Evolução da Teoria Atômica

1908

Conclusões de Rutherford

Século XX – avanço tecnológico- espectrômetros de massa

“Nem todos os átomos de um elemento tem a mesma massa”

Núcleo do átomo deveria conter partículas, além dos prótons, e que possuem carga zero

O átomo teria um núcleo positivo;

Os elétrons girariam em volta do núcleo (eletrosfera);

O núcleo é muito pequeno em relação ao tamanho do átomo;

núcleo

elétrons elétrons

Nêutrons

Sistema Planetário

Um átomo neutro sempre possuirá igual quantidade de prótons e elétrons;

A quantidade de prótons de um átomo constitui seu número atômico (Z);

A quantidade total de prótons e nêutrons de um átomo corresponde ao seu número de massa (A);

Cada elemento químico possui um número atômico característico.

(Partículas subatômicas)

Evolução da Teoria Atômica

Um elemento químico é um conjunto de átomos com o mesmo número atômico (Z), ou seja, mesmo número de prótons.

Representação do átomo do elemento Químico (X)

X A

A = Z + N

N = número de nêutrons

A = número de massa Z

Evolução da Teoria Atômica

Isótopos

Átomos com o mesmo número atômico (Z), mas diferentes números de nêutrons (N)

20Ne (90,92%)

21Ne (0,26%)

22Ne (8,82%)

Nem todos os átomos de um elemento tem a mesma massa

Z=10

Evolução da Teoria Atômica

Elétrons em átomos...

O que fazem os elétrons?

O dilema do átomo estável!

Bohr – estrutura atômica encontrada na natureza da luz emitida pelas substâncias

Energia Radiante....eletromagnética

Rutherford

Imperfeições

1- o elétron está parado

2-o elétron está em movimento

Evolução da Teoria Atômica

16/03/2012

9

Radiação Eletromagnética (REM)

Um tipo de energia transmitida através do espaço a

velocidades altíssimas.

“Pensar como químicos – estudam átomos pela observação das propriedades das radiações eletromagnéticas que eles emitem”

Velocidade - representada por c e chamada de velocidade da luz

c (no vácuo)= 3,00 x 108 m s-1

Ondulatória - Interferência,reflexão, refração, etc.

Corpusculares - Absorção e emissão da REM por espécies químicas Etc .

Evolução da Teoria Atômica

REM - Parâmetros Ondulatórios

O movimento ondulatório é caracterizado pelos seguintes parâmetros:

comprimento de onda ()

período (p)

freqüência () – = 1/p

velocidade da onda (vi) vi= (i= meio material qualquer)

amplitude (A)

Evolução da Teoria Atômica

REM - O Modelo Corpuscular

A REM é constituída de partículas, denominadas fótons. A energia de um fóton é dado pela equação de Planck:

E = h onde: h é a constante de Planck (h = 6,6256 x 10-34 J s) é freqüência de radiação (em s-1 ou Hz)

Se a REM se propaga no vácuo, temos:

E = h c/ onde: c é a velocidade de propagação da REM no vácuo é o comprimento de onda.

Evolução da Teoria Atômica

Contradição no modelo de Rutherford

Elétron em movimento circular

Aceleração centrípeta – física clássica

Iria emitir energia até cair no núcleo

Sistema atômico entraria em colapso

Mas isso não ocorre!

Evolução da Teoria Atômica

Modelo atômico de Bohr

1913

Niels Bohr (1885-1962)

Dilema do átomo estável;

Princípios físicos para explicar o movimento dos elétrons;

Fundamentado na Teoria Quântica da Radiação (1900) de Max Planck;

Um gás emite luz quando uma corrente elétrica passa através dele;

A radiação emitida é limitada para um certo comprimento de onda.

Evolução da Teoria Atômica

Move-se em órbitas circulares em torno do núcleo do átomo.

Apenas sete valores de energia (de 1 a 7) ou camadas K, L, M, N, O, P, Q

Um elétron daria saltos quânticos de um nível de energia para o outro

K 1

L 2

M 3

N 4

O 5

P 6

Q 7

núcleo

Modelo atômico de Bohr 1913

Niels Bohr (1885-1962)

Evolução da Teoria Atômica

16/03/2012

10

Modelo de Bohr

Melhor comprovada para o átomo de hidrogênio

O H tem apenas um elétron, esse elétron pode absorver várias quantidades de energia e elevar-se para um estado mais alto

Virtudes Limitações

Não permite descrever as energias de átomos multieletrônicos

Não possibilita explicar as ligações químicas

Um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia

Modelo Atômico de Sommerfeld (1916) – átomos mais complexos que o

hidrogênio

Ao pesquisar o átomo, Sommerfeld concluiu que os elétrons de um mesmo nível,

ocupam órbitas de trajetórias diferentes (circulares e elípticas) a que denominou de

subníveis, que podem ser de quatro tipos: s,p,d,f.