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Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial 1

A Química é uma ciência natural1 que estuda a composição, a estrutura e as propriedades das substâncias e suas transformações.

Os conhecimentos de Química são empregados na explicação e resolução de muitos problemas, com base em aspectos científicos e técnicos. Por exemplo: o efeito da chuva ácida nas obras civis; os riscos ao meio ambiente da utilização de certos produtos químicos em estações de tratamento de águas de abastecimento ou residuária; produção de materiais alternativos na construção civil; contaminação por metais pesados provenientes de tintas e vernizes; etc.

A Química é uma ciência quantitativa e suas relações são expressas satisfatoriamente em linguagem matemática.

A Química pode ser dividida em:

•Química Orgânica: estuda os compostos do elemento carbono. •Química Inorgânica: estuda os compostos dos demais elementos químicos.

•Físico - Química: relaciona a física com a química.

•Química Analítica: trata das análises qualitativa e quantitativa de um sistema químico, definindo quais as espécies químicas presentes no sistema e quais as suas quantidades.

2.1. MATÉRIA, SUBSTÂNCIA, ELEMENTO, COMPOSTO E MISTURAS

Todos os corpos que nos rodeiam, fazem parte da matéria do universo. Cada espécie de matéria é uma substância. A substância é constituída de elementos. E a união de duas ou mais substâncias forma uma mistura.

2.1.1. Matéria

Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço. A matéria é descrita através de uma especificação de uma extensão ou quantidade.

1 As ciências naturais são: química, física, biologia, geologia, astronomia, etc., e estudam de forma sistemática os fatos e idéias que descrevem nosso mundo. Ciência é uma palavra latina que significa conhecimento.

2.1.1.1 – Estados da Matéria

A matéria pode ser apresentada em 5 estados físicos:

• sólido • líquido

• gasoso

No estado sólido, a matéria apresenta forma própria e volume definido. No estado líquido, a matéria apresenta volume constante mas, a forma é aquela do recipiente que a contém. No estado gasoso, a matéria não apresenta forma própria e nem tem volume constante. No 4o estado, o plasma, os átomos da matéria encontram-se ionizados (exemplo: bolhas de plasma da coroa solar, constituída basicamente de gás hélio ionizado). No 5o estado, os átomos estão com uma temperatura próxima do zero absoluto, ficam praticamente imóveis e muito concentrados (exemplo: supercondutores).

2.1.1.2 – Propriedades da Matéria

As propriedades da matéria podem ser: físicas e químicas:

2.1.1.2.1 - Propriedades Físicas: são utilizadas para identificar a substância (ex.: ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade, solubilidade, calor específico, massa, volume, etc.). 2.1.1.2.2 - Propriedades Químicas: não são utilizadas para identificar a substância, são usadas para prever transformações (ex.: reatividade, eletronegatividade, afinidade eletrônica, energia de ionização).

2.1.2. Substância

É a matéria formada por moléculas iguais entre si. Um só tipo de molécula constitui a substância pura (ex.: água, sal, ferro, açúcar e oxigênio, etc.). As substâncias puras podem ser formadas de elementos e de compostos, são denominadas substâncias simples ou substâncias compostas, respectivamente.

As substâncias são reconhecidas pelas suas características ou propriedades. As propriedades de uma substância informam o emprego a que se destinam.

2.1.2.1 - Substância Simples

Formada por um único elemento químico, um só tipo de átomo na molécula (ex.: ferro metálico – Fe, gás oxigênio – O2, gás ozônio – O3, etc.).

2.1.2.2 - Substância Composta

Formada por átomos de mais de um elemento químico, mais de um tipo de átomo na molécula (ex.: gás clorídrico – HCl, gás carbônico – CO2, etc.).

É uma substância pura, simples, fundamental e elementar (ex.: sódio, cloro, hidrogênio, oxigênio, ferro, etc.). Um elemento não pode ser separado ou decomposto em substâncias mais simples. Cada elemento pode ser representado por um símbolo. Assim, a palavra elemento normalmente é relacionada ao símbolo químico da substância simples.

A primeira tentativa de relacionar os diferentes elementos químicos da natureza foi realizada por Lavoisier, em 1789, compondo uma lista de 3 substâncias tomadas como elementos, porém um pouco mais de 20 eram realmente elementos. Hoje em dia se conhecem 1 elementos.

É uma substância pura constituída de dois ou mais elementos combinados sempre nas mesmas proporções (ex.: sal de cozinha - NaCl, açúcar – C12H22O11, sal de sulfato de cobre pentahidratado – CuSO4.5H2O, etc.). Os compostos são representados por fórmulas. Um composto pode ser separado ou decomposto em substâncias mais simples.

Proust elaborou a Lei das Proporções Definidas ou Lei da Composição Constante cujo enunciado é:

“um composto puro, qualquer que seja sua origem, contém sempre as mesmas proporções definidas, ou constantes, dos elementos que os constituem”

É a composição de duas ou mais substâncias misturadas fisicamente. As misturas podem ser identificadas através do “olho nu”, lupas ou microscópios. Exemplo: granito (observa-se a “olho nu” os grânulos de quartzo branco), mica preta, feldspato rosa concreto, madeira, óleo de motor e ligas metálicas). Algumas misturas são difíceis de serem caracterizadas, como por exemplo a água salgada, que é uma mistura de água e sal. As misturas podem ser classificadas em: homogêneas e heterogêneas.

2.1.5.1 – Misturas Homogêneas

São uniformes em relação a todas as propriedades, são monofásicos e são chamadas de solução (ex.: ar, água salgada, gasolina, vidro, etc.).

2.1.5.2 – Misturas Heterogêneas

São constituídos de misturas homogêneas (fases) separadas por superfícies bem definidas (interface), onde ocorrem mudanças bruscas de propriedades (ex.: água e óleo; areia e água, água gaseificada - água e dióxido de carbono, etc.).

2.1.5.3 – Diferença entre Substância Pura e Mistura

Uma diferença importante entre substância pura e mistura é o comportamento no aquecimento ou resfriamento, a pressão constante. A substância pura quando muda o seu estado físico, a temperatura se mantém constante, enquanto que a mistura apresenta uma variação de temperatura durante a mudança do estado físico.

Algumas misturas especiais se comportam como substância pura durante a fusão (e solidificação) ou a ebulição (e condensação). Estas misturas são conhecidas como misturas eutéticas e misturas azeotrópicas. As misturas eutéticas apresentam ponto de fusão (ou solidificação) constante, por exemplo: algumas ligas metálicas, e as misturas azeotrópicas apresentam ponto de ebulição (ou condensação), por exemplo: água e álcool.

2.2. ESTRUTURA ATÔMICA

O átomo é a menor parte de um elemento2 que ainda preserva as propriedades daquele elemento. Desta forma, existe uma inter-relação entre a estrutura atômica, estrutura da matéria e suas propriedades físicas e químicas.

A estrutura do átomo irá determinar como os átomos vão interagir entre si, e essa interação irá definir o comportamento físico e químico da matéria.

2.2.1. Evolução do Modelo Atômico

450 – 500 a.C. – Demócrito de Abdera e Leucipo de Mileto (filósofos gregos).

Demócrito e Mileto imaginaram que se um corpo qualquer fosse dividido sucessivas vezes, haveria um certo momento em que essa divisão não seria mais possível. Assim, se chegaria ao átomo. Este pensamento filosófico não tinha base experimental.

Em grego, a palavra tomo significa parte e a significa não, assim, átomo quer dizer indivisível.

2 Substância que contêm átomos do mesmo tipo. 5

Demócrito aceitava a idéia da existência de apenas quatro elementos: terra, ar, fogo e água. Esta idéia foi rejeitada algum tempo depois por Aristóteles, que acreditava no modelo da matéria contínua.

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