Química Básica - Estrutura - Departamento de Química ...

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Transformando a Matéria - Processos Físico e Química • Transformações físicas - não alteram a microestrutura (ou identidade) das substâncias. Ex. as mudanças de estado, por exemplo, a vaporização da água. • Transformações químicas - provocam modificação na microestrutura e propriedades químicas das substâncias resultantes da formação de novas ligações entre os átomos. Ex.: ferrugem; a queima da madeira (combustão) Leis das Transformações Químicas • Conservação da massa - em uma reação química não é mensurável a perda ou ganho de massa do sistema, ou seja, a massa total do sistema permanece essencialmente constante. OBS.: É importante frisar que nas transformações da matéria em nível nuclear as energias envolvidas são tão elevadas que a massa do sistema sofre uma alteração considerável. A variação da massa pode encontrada usando a equação de Einstein (E = m c 2 ) expressa como segue: Δm = ΔE x c -2 onde: Δm e ΔE = variação da massa e energia do sistema, respectivamente. c = velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 10 8 m s -1 ). • Composição definida - esta lei descreve uma das propriedades mais importantes de um composto: sua composição química, ou seja, um composto molecular apresenta uma composição elementar constante e característica independente da quantidade da amostra considerada, bem como de sua origem. Ex.: a água formada a partir de hidrogênio leve ( 1 H) oxigênio-16 ( 16 O) apresenta sempre a seguinte composição em massa: 18 g H2O ------- 2 g H 100 g H2O------- x g ou (%) ⇒ x = 11,11 g de H ou 11,11 % (em massa) Analogamente, pode-se determinar a percentagem de oxigênio-16 como sendo 88,89 % (em massa). OUTROS CONCEITOS IMPORTANTES Sistema ⇒ porção limitada de matéria submetida a uma investigação científica. Ex.: Sistema atômico = átomo, sistema molecular = molécula, etc. Inércia ⇒ resistência que todo sistema material apresenta em mudar o seu estado de movimento. Quanto maior a massa, maior será a inércia do sistema. Ex.: o elétron tem uma massa extremamente pequena, logo sua trajetória pode ser facilmente alterada pela influência de um agente externo (força). Força ⇒ agente externo capaz de modificar o estado de movimento de um corpo. Modelo ⇒ versão simplificada do sistema que busca descrever seus aspectos (ou elementos) essenciais. 7
Energia ⇒ é a capacidade de se realizar trabalho. Trabalho é realizado quando um corpo é movimentado contra uma força de oposição ao seu deslocamento. - Tipos de trabalho: mecânico (quando a força de oposição é mecânica); elétrico (quando a força de oposição é elétrica, etc). Ex.: Trabalho mecânico é realizado quando levantamos, por exemplo, um livro de uma mesa, pois o livro é deslocado contra a força da gravidade (oposição). Formas de energia Existem muitas formas de energia: mecânica, elétrica, calorífica, química, radiante (luz), etc, todas interconversíveis. Entretanto, existem duas contribuições à energia total de um sistema que são fundamentais para as nossas discussões, quais sejam: ⇒ Energia cinética - energia que um corpo possui em conseqüência de seu movimento. Matematicamente, temos: Ec = (1/2) m v 2 (1) onde m é a massa (Kg) e v é a velocidade (m/s) do corpo (ou sistema) e Ec é a energia cinética em Joule (J) ⇒ Energia potencial elétrica ou energia potencial coulômbica (U) - é a energia devido à interação (atrativa ou repulsiva) entre cargas elétricas (elétrons, núcleos e íons). A expressão matemática para este tipo de energia é derivada da lei de Coulomb (empírica) descrita abaixo. Lei de Coulomb Ao realizar experimentos com uma balança de Torção, Coulomb observou que a força elétrica (atrativa ou repulsiva) operante entre duas esferas carregadas tem módulo (magnitude ou intensidade) dado pela expressão: F 1 q ⋅ q 1 2 = (2) 2 4πε0 r onde: - F = módulo da força coulômbica (N) no SI (Sistema Internacional de Unidades); - q1 e q2 = cargas puntiformes, em módulo, dadas em Coulomb (C) no SI; - r = distância de separação das cargas, em metro (m); - ε0 = constante de permissividade do vácuo (ε0 = 8,854 x 10 -12 J -1 C 2 m -1 ) Se as cargas têm o mesmo sinal (ambas positivas ou negativas), então a força coulômbica que atua entre elas é naturalmente REPULSIVA, ou seja, tende a afastar uma da outra. Quando as cargas possuem sinais contrários, então a força que opera entre elas é ATRATIVA. Neste caso, a força provoca uma aproximação natural das cargas. Essas propriedades do vetor força (F) são ilustradas na Fig. 2. 8
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