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Ciências da Natureza e suas Tecnologias – Química
Ensino Médio – 1ª Série
SUBSTÂNCIAS PURAS, SUBSTÂNCIAS SIMPLES, MISTURAS: CONCEITO, DIFERENCIAÇÃO ATRAVÉS DE SUAS
PROPRIEDADES. ALOTROPIA
Substâncias Químicas
• Átomos ligados entre si sãochamados de moléculas, erepresentam substâncias químicas.
• Cada molécula é identificada poruma fórmula química, por exemplo,a água é representada por H2O, queindica que sua composição é dedois átomos do elementohidrogênio e um átomo doelemento oxigênio (1).
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Imagem: Jecowa / Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.5 Generic
Substância simples e substância composta – qual a diferença?
• O gás hélio, o gás oxigênio, o gás ozônio e o sólido fósforo são substâncias formadas por um só tipo de elemento químico, por isso chamam-se substância simples. Im
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Substância simples e substância composta – Qual a diferença?
• A água é uma substânciaformada por dois tipos deelementos químicos e, por essarazão, é chamada substânciacomposta.
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Substâncias
• As substâncias apresentam um conjunto bem definidoe constante de propriedades, e têm composição fixa.
• Propriedades que são usadas para identificar umasubstância:
– densidade;
– solubilidade;
– ponto de fusão;
– ponto de ebulição.Imagem: Recipientes químicos com líquidos de diferentes cores /
zhouxuan12345678 /
Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic
Propriedades: densidade • Corresponde à relação
massa/volume de uma amostrade um material.
• É uma propriedadecaracterística de umasubstância, usada comoindicativo do grau de pureza deque é feito um dado material.
• É indicada por: d ou ρ (rô) e aunidade usual é g/cm3 (2).
Imagem: Zarko Drincic / Creative Commons
SemDerivados 2.0 Genérica
Densidade (p) = massa
volume
Propriedades: solubilidade
• A solubilização é umfenômeno regido pelasinterações intermolecularesentre as moléculas do soluto(o que é dissolvido) e asmoléculas do solvente (o quedissolve) (3).
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Propriedades: ponto de ebulição• É a temperatura na qual um líquido
vence a pressão atmosférica, passandopara o estado gasoso. Quanto maior aaltitude, menor é a pressão atmosférica,e menor é o ponto de ebulição (4).
• Existe uma relação importante entre asinterações intermoleculares e o ponto deebulição, pois, quanto maior for ainteração entre as moléculas de umlíquido, maior será seu ponto deebulição.
Imagem: Água fervendo / Markus
Schweiss / GNU Free
Documentation License,
Version 1.2 or any later version
Propriedades: ponto de fusão
• O ponto de fusão é a temperaturana qual uma substância passa doestado sólido ao estado líquido.
• No ponto de fusão coexistemsólido e líquido em equilíbrio.
Imagem: Cubos de gelo / Kevin Saff / Creative
Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic
Misturas
• Quando uma substância é adicionada à outra,forma-se então uma mistura.
Mistura homogênea Mistura heterogênea
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Alotropia• Um mesmo elemento químico é capaz de formar
várias substâncias simples com característicasestruturais e propriedades diferentes (5).
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Alotropia do Oxigênio
• O O2 (gás oxigênio) e O3 (gás ozônio) são formasalotrópicas do elemento oxigênio.
• O O2 (oxigênio) é incolor, inodoro, possui grandeestabilidade e está presente no ar que respiramos.
• O O3 (ozônio) é instável (pode assumir outras formas), decoloração azul e cheiro desagradável.
Alotropia do Oxigênio
• O O3 - gás presente na camada deozônio - é o responsável por nosproteger da radiação ultravioleta.
• Por possuir propriedade germicida,também é usado em purificadorespara a obtenção de água potável.
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Alotropia do Fósforo• Diversas são as variedades
alotrópicas do Fósforo e asprincipais são o fósforo branco, overmelho e o preto.
• O fósforo comum (branco) tem aaparência de um sólido branco e,no estado puro, torna-se incolor.
• A molécula tem 4 átomos (P4), e éinsolúvel em água.
• Em contato com o ar, o Fósforoqueima espontaneamente,produzindo o pentóxido. Imagem: Fogos de artifício / El coleccionista de instantes /
Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica
Alotropia do fósforo
• O fósforo vermelho não queimaespontaneamente e não é tãoperigoso quanto a variedadebranca.
• Seu manuseio, entretanto,exige cuidado, pois ele emitefumaças tóxicas de óxidosquando aquecido (6).
Imagem: Dnn87_GNU Free documentation License
Alotropia do Enxofre• O enxofre elementar é um sólido amarelo, insípido, quase
inodoro e insolúvel (7).
• Seus alótropos mais comuns - enxofre monoclínico e enxofrerômbico - têm formas cristalinas.
• O enxofre é comumente encontrado nos arredores devulcões ativos.
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Alótropos do Carbono: importância
Faz parte da composição de:
• Proteínas;
• Ar atmosférico;
• Seres vivos;
• Petróleo.
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Alotropia do CarbonoSão conhecidas 5 formas alotrópicas principais:
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GRAFITE DIAMANTE
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AMORFO
Carbono Amorfo
• É mais conhecido como fuligem e faz parte da composição do carvão mineral.
• É resultado da combustão incompleta de hidrocarbonetos.
• Aplica-se na indústria da borracha e de tintas para impressão.
Imagem: EPA / USA Public Domain
Carbono Amorfo: Coque
• O coque é obtido pelacarbonização do carvão aaltas temperaturas, naausência do ar ou através dadestilação de óleos mineraispesados. É usado nametalúrgica do ferro e deoutros metais.
Imagem: Marcus Vegas / Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.0
Carbono Grafite
• Substância preta e macia,geralmente encontrada misturadacom mica, quartzo e silicatos;
• Praticamente a mesma quantidadede grafite minerada também podeser obtida artificialmente;
Imagem: Juliancolton / Public Domain
Carbono Grafite: aplicação• Como lubrificante, especialmente
em altas temperaturas, já queresiste a mais de 3.000°C antes decomeçar a fundir.
• Na indústria do aço, é usado comoeletrodo para fornos elétricosporque conduz corrente elétricasuficiente para fundir metais.
• Como moderador nos reatores nucleares a gás,diminuindo a velocidade dos nêutrons.
• Em lonas de freios e escovas para motores elétricos.
Imagem: Lanzi / GNU Free Documentation
License
Carbono Diamante• Substância mais dura da
natureza, risca qualquer outrasubstância.
• A dureza do diamante resulta desua estrutura cristalina na qualcada átomo de carbono estáligado covalentemente a quatrooutros, em formato tetraédrico(8).
• O diamante é empregadocomercialmente para a produçãode jóias.
Imagem: Mario Sarto / GNU Free Documentation
License
Diamante: aplicações
• Aproveitando sua dureza, odiamante é aproveitadoindustrialmente na fabricação debrocas ou abrasivos para corte epolimento.
• Pode ser usado para cortar,tornear e furar alumina, quartzo,vidro e artigos cerâmicos.
• O pó de diamante é usado parapolir aços e outras ligas.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de
ilustração de Autor Desconhecido.
Carbono Fulereno• Estrutura oca com 60 átomos de
carbono, lembra uma bola de futebol,constituída de 20 hexágonos e 12pentágonos arranjados (9).
• Atualmente, a nanotecnologia temauxiliado as pesquisas e a obtençãodessas moléculas.
• Em uso biomédico, fármacos ativospodem ser ligados à molécula de C60para, após introduzidos no corpohumano, serem lentamente libertados(10).
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Fulereno: aplicação
• Em líquidos, por suas propriedadeslubrificantes.
• Em revestimento de bolas de boliche,devido à sua baixa compressibilidade,o que as torna mais resistentes (jácomercializadas no Japão).
• Em Tacos de golfe de Titânio - C60.
• Em painéis solares, dada a sua grandefacilidade em capturar elétrons.
Imagem: Painel solar / David.Monniaux
/ GNU Free Documentation License
Nanotubos de Carbono• Foram descobertos em 1991 por
S. Iijima.
• Apresenta forma de uma folha de grafite enrolada na forma de um cilindro, com diâmetro da ordem de 1 nm e comprimento da ordem de micrômetros.
• Têm atraído grande interesse por suas fantásticas propriedades eletrônicas e mecânicas. Já se demonstrou a possibilidade de usar arranjos de nanotubos de carbono como nanomotores (11).
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Nanotubos de Carbono
• Apresentam ainda extraordinárias propriedades, pois possuem a maior resistência à ruptura sob tração já conhecida, na ordem de 200 Gpa; 100 vezes superior ao mais resistente aço com apenas 1/6 de sua densidade (12).
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Nanotubos: aplicação
• Pontas de prova em microscópios de força atômica, para obter imagens de sistemas biológicos com alta resolução.
• Condutores em microcircuitos.
• Fibras para os mais diversos usos, uma vez que são mais leves e mais resistentes do que as fibras de carbono tradicionais.
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Nanotubos: aplicação
• Fabricação de materiais para absorção de gases, já que conseguem absorver uma grande quantidade de hidrogênio.
• Na indústria da construção, a UFMG promove grande inovação, pois desenvolve um “superconcreto” com nanotubos de carbono.
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Nanotubos na medicina
• Uma micrografia defluorescência mostracélulas cancerígenas deovário de um hamsterligadas a nanotubos decarbono (13).
• No desenvolvimento demúsculos artificiais ecarreadores de drogas.
Imagem: Spitfire ch, Philippsen Lab, Biozentrum Basel /
Micrografia de Fluorescência / Public Domain.
• O grafeno é um materialencontrado na grafite e emoutros compostos decarbono.
• Bastante abundante e deestrutura estável eresistente, ele pode ser achave para a produção detransistores de apenas0,01 micrometro, indoalém do limite teórico de0,02 micrometros.
Novidade !
Nobel da Física de 2010 ao cientista russo-britânico
Konstantin Novoselov.
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Novidade !• Os transistores de grafeno possuiriam
apenas dois ou três átomos deespessura e poucas dezenas de átomosde comprimento, aproximando-se doslimites físicos da matéria.
• Uso: em teoria, na construção de umprocessador, ou até mesmo um circuitointegrado que poderia chegar a mais de500 GHz.
• Esses materiais têm sido apontadoscomo possíveis sucessores do silício nanova era da nanoeletrônica (14).
Imagem: Jynto / Creative Commons CC0
1.0 Universal Public Domain Dedication.
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
2 Copo com água / Olli Niemitalo / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Drinking_glass_fingerprint_FTIR.jpg?uselang=pt-br
07/03/2012
2 Jecowa / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:H2o_hq2_alpha.png
07/03/2012
3 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE 16/03/2012
4 Derek Jensen / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glass-of-water.jpg
07/03/2012
5 Recipientes químicos com líquidos de diferentes cores / zhouxuan12345678 / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic
http://www.flickr.com/photos/53921113@N02/5645102295/
07/03/2012
6 Zarko Drincic / Creative Commons SemDerivados 2.0 Genérica
http://www.flickr.com/photos/9136641@N07/2117512295/
07/03/2012
7 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.
Acervo SEE-PE 16/03/2012
8 Água fervendo / Markus Schweiss / GNU Free Documentation License, Version 1.2 or any later version
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kochendes_wasser02.jpg
08/03/2012
9 Cubos de gelo / Kevin Saff / Creative Commons / Attribution-Share Alike 2.0 Generic
http://www.flickr.com/photos/73998029@N00/242928199/
09/03/2012
Tabela de Imagens
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
10 Egien / Creative Commons Atribuição 2.5 Genérica
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coffee_cup.jpg?uselang=pt-br
09/03/2012
10 Sorvete de morango / Gudlyf / Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica
http://www.flickr.com/photos/80093862@N00/4658225108/
09/03/2012
13 Benjah-bmm27 / Domínio Público. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone-montage.png?uselang=pt-br
14/03/2012
14 Fogos de artifício / El coleccionista de instantes / Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica
http://www.flickr.com/photos/31195974@N05/5041629649/
09/03/2012
16 Amostra de enxofre / Ben Mills / domínio público
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulfur-sample.jpg?uselang=pt-br
09/03/2012
16 Cristais de enxofre / Rob Lavinsky / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulfur-es67b.jpg?uselang=pt-br
09/03/2012
17 Stahlkocher / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gelsenkirchen_Kraftwerk_Scholven.jpg?uselang=pt-br
09/03/2012
17 Plataforma de petróleo / Agência Brasil / Creative Commons Atribuição 3.0 Brasil
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oil_platform_P-51_(Brazil).jpg
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18a (a) Mstroeck / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unporte
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_Allotropes_of_Carbon.png
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18b (b)Mstroeck / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unporte
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_Allotropes_of_Carbon.png
15/03/2012
Tabela de Imagens
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
18c (c) Mstroeck / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unporte
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_Allotropes_of_Carbon.png
15/03/2012
18d (d) Steve Jurvetson / Creative Commons atribuição 2.0 genérica
http://www.flickr.com/photos/44124348109@N01/156830367/
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18e (e) Zimbres / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Brazil
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GrafitaEZ.jpg
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19 EPA / USA Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diesel-smoke.jpg
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20 Marcus Vegas / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0
http://www.flickr.com/photos/60168589@N00/709967957/
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21 Juliancolton / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Closeup_of_pencil_graphite.JPG
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22 Lanzi / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphite_mineral_aggregate.jpg?uselang=pt-br
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23 Mario Sarto / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brillanten.jpg
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24 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido.
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26 Painel solar / David.Monniaux / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mafate_Marla_solar_panel_dsc00633.jpg
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Tabela de Imagens
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
27 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_nanoribbon_povray.PNG
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28 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_nanoribbon_povray.PNG
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29 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_nanoribbon_povray.PNG
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30 Arnero / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carbon_nanoribbon_povray.PNG
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31 Spitfire ch, Philippsen Lab, Biozentrum Basel / Micrografia de Fluorescência / Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:S_cerevisiae_septins.jpg
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32 Imagem: Jynto / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphene-3D-balls.png
15/03/2012
33 Imagem: Jynto / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphene-3D-balls.png
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Tabela de Imagens