Caderno do aluno -9º ano - volume 1 - Situação de aprendizagem 7 - Substâncias simples e compostas - A linguagem química

Caderno do aluno -9º ano - volume 1 - Situação de aprendizagem 3 - Substância pura ou mistura de substâncias

Quimica:

Substâncias puras e misturas

A determinação e a análise das propriedades específicas dos materiais do ambiente, são formas de se conseguir saber se uma determinada matéria é uma substância pura ou uma mistura.

As substâncias puras podem ser classificadas em:

Substâncias puras simples: que são formadas pela combinação de átomos de um único elemento químico, como por exemplo o gás hidrogênio formado por dois átomos de hidrogênio ligados entre si; o ozônio formado por três átomos de oxigênio.

  

 Substâncias puras compostas: que são formadas pela combinação de átomos de dois ou mais elementos químicos diferentes, como por exemplo a água formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio; ácido clorídrico (nome comercial ácido de muriático) formado por um átomo de hidrogênio e um átomo de cloro.

  

Outra característica importante das substâncias puras refere-se a sua composição, que é sempre fixa e definida, por exemplo, para se formar água é necessário a combinação de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio

A água é formada na proporção de 2 gramas de hidrogênio para 16 gramas de oxigênio.

As misturas, não possuem composição fixa e definida, por exemplo, para obter uma mistura de água e sal pode-se colocar qualquer quantidade de água e qualquer quantidade de sal.

  

Uma das formas de diferenciação das substâncias puras e das misturas é através da temperatura, durante as mudanças de estado físico.

 Você poderá analisar a água destilada, que é uma substância pura, a pressão ao nível do mar, a partir da temperatura de -5oC. Nesta temperatura a água destilada encontra-se no estado sólido. Se a água for aquecida continuamente, ao ser atingida a temperatura de 0oC, a água começará a passar para o estado líquido e a temperatura não sofrerá alteração até que a fusão se complete.

A mesma situação será verificada na mudança do estado líquido para o gasoso. Para a água destilada, a vaporização acontece a temperatura de 100oC.

Essas observações podem ser traduzidas em um gráfico, a linha horizontal que aparece no gráfico é chamada de patamar e indica a temperatura de fusão e a de vaporização da substância pura.

Para um mistura de água e sal, por exemplo, não se verifica o aparecimento do patamar, tanto na fusão como na ebulição, porque a temperatura não se mantém constante.

Misturas Homogêneas e Heterogêneas

             

A matéria encontrada na natureza, na sua grande maioria, é formada por duas ou mais substâncias puras, portanto são misturas.

Observe as misturas:

 (em anexo) 

                Nas misturas B, D, E observa-se uma superfície de separação entre os componentes que as formam e, por isso, recebem a denominação de misturas heterogêneas.

Nesse caso, as espécies químicas que formam a mistura são insolúveis entre si; no caso de dois líquidos, usa-se termo imiscíveis.

Nas misturas A e C não se percebe superfície de separação entre os componentes, a mistura apresenta o mesmo aspecto em toda sua extensão e recebem a denominação de misturas homogêneas. Nesse caso, as espécies químicas que formam a mistura são solúveis entre si; quando as substâncias solúveis entre si, são dois líquidos, usa-se o termo miscíveis entre si.

As misturas homogêneas são monofásicas ou unifásicas ,isto é, possuem uma única fase e as heterogêneas polifásicas, isto é, possuem duas ou mais fases.

Recebe a denominação de fase cada porção uniforme de uma determinada matéria, com as mesmas características em toda sua extensão.

O granito, uma matéria heterogênea, constituído de três fases, isto é, de três porções visualmente uniformes, a fase da mica (brilhante), a fase do quartzo (transparente) e a fase do feldspato.

Obtenção de substâncias puras a partir de misturas

Como os materiais encontrados na natureza, na sua maioria, são constituídos de misturas de substâncias puras, por isso, para obtê-las, é necessário separá-las.

Existem muitos processos para separação de misturas, mas o método a ser empregado depende das condições materiais para utilizá-lo e do tipo de mistura a ser separado.

Você já pensou em como separar algumas misturas que são encontradas no seu cotidiano?

Para isso é necessário, em primeiro lugar, observar se a mistura em questão é homogênea ou heterogênea, para em seguida escolher o processo mais adequado para separá-la.

Os processos mais utilizados para separação de misturas são:

1) Catação, Ventilação, Levigação, Peneiração, Separação Magnética e Flotação, usados na separação de misturas heterogêneas constituídas de dois componentes sólidos.

Catação: os grãos ou fragmentos de um dos componentes são catados com as mãos ou com uma pinça.

Ventilação: passa-se pela mistura uma corrente de ar e este arrasta o mais leve.

Levigação: passa-se pela mistura uma corrente de água e esta arrasta o mais leve.

Separação magnética: passa-se pela mistura um imã, se um dos componentes possuir propriedades magnéticas, será atraído pelo imã.

Peneiração: usada quando os grãos que formam os componentes tem tamanhos diferentes.

Flotação: é um processo de separação onde estão envolvidos os três estados da matéria - sólido, líquido e gasoso. As partículas sólidas desejadas acumulam-se nas bolhas gasosas introduzidas no líquido. As bolhas têm densidade menor que a da fase líquida e migram para superfície arrastando as partículas seletivamente aderidas. O produto não desejável é retirado pela parte inferior do recipiente.

  

2) Decantação: usado para separar os componentes de misturas heterogêneas, constituídas de um componente sólido e outro líquido ou de dois componentes líquidos, estes líquidos devem ser imiscíveis. Esse método consiste em deixar a mistura em repouso e o componente mais denso, sob a ação da força da gravidade, formará a fase inferior e o menos denso ocupará a fase superior. Quando a mistura a ser separada é constituída de dois líquidos imiscíveis, pode se utilizar um funil de vidro, conhecido como Funil de Decantação ou Funil de Bromo. A decantação é usada nas estações de tratamento de água, para precipitar os componentes sólidos que estão misturados com a água.

3) Centrifugação: é usado para acelerar a decantação da fase mais densa de uma mistura heterogênea constituída de um componente sólido e outro líquido. Esse método consiste em submeter a mistura a um movimento de rotação intenso de tal forma que o componente mais denso se deposite no fundo do recipiente.

A manteiga é separada do leite por centrifugação. Como o leite é mais denso que a manteiga, formará a fase inferior.

Nos laboratórios de análise clínica o sangue, que é uma mistura heterogênea, é submetido a centrifugação para separação dos seus componentes.

A centrifugação é utilizada na máquina de lavar roupa, na separação da água e do tecido que constitui a roupa.

4) Filtração: é usada para separação de misturas heterogêneas, constituídas de um componente sólido e outro líquido ou de um componente sólido e outro gasoso. A mistura deve passar através de um filtro, que é constituído de um material poroso, e as partículas de maior diâmetro ficam retidas no filtro. Para um material poder ser utilizado como filtro seus poros devem ter um diâmetro muitíssimo pequeno.

A filtração é o processo de separação utilizado no aspirador de pó. O ar e a poeira são aspirados, passam pelo filtro, que é chamado saco de poeira, as partículas sólidas da poeira ficam retidas no filtro e o ar sai.

5) Evaporação: é usado para separação de misturas homogêneas constituída de um componente sólido e o outro líquido. A evaporação é usada para separar misturas, quando apenas a fase sólida é de interesse.

O sal de cozinha é extraído da água do mar por evaporação. A água do mar é represada em grandes tanques, de pequena profundidade, construídos na areia, chamados de salinas. Sob a ação do sol e dos ventos a água do mar represada nas salinas sofre evaporação e o sal de cozinha e outros componentes sólidos vão se depositando no fundo dos tanques.

O sal grosso obtido nas salinas, além do uso doméstico, também é utilizado em países de inverno muito rigoroso, para derreter a neve, visto que o gelo cobre as ruas, estradas, pastagens. Isso ocorre porque ao dissolvermos uma substância em um líquido esta diminui o ponto de congelação do líquido.

6) Destilação simples: é usada para separar misturas homogêneas quando um dos componentes é sólido e o outro líquido. A destilação simples é utilizada quando há interesse nas duas fases. Este processo consiste em aquecer a mistura em uma aparelhagem apropriada, como a esquematizada abaixo, até que o líquido entre em ebulição. Como o vapor do líquido é menos denso, sairá pela parte superior do balão de destilação chegando ao condensador, que é refrigerado com água, entra em contato com as paredes frias, se condensa, voltando novamente ao estado líquido. Em seguida, é recolhido em um recipiente adequado, e o sólido permanece no balão de destilação.

7) Destilação Fracionada: é usada na separação de misturas homogêneas quando os componentes da mistura são líquidos. A destilação fracionada é baseada nos diferentes pontos de ebulição dos componentes da mistura. A técnica e a aparelhagem utilizada na destilação fracionada é a mesma utilizada na destilação simples, apenas deve ser colocado um termômetro no balão de destilação, para que se possa saber o término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição. O término da destilação do líquido de menor ponto de ebulição, ocorrerá quando a temperatura voltar a se elevar rapidamente.

Caderno do aluno -9º ano - volume 1 - Situação de aprendizagem 1 - Propriedades dos materiais - resultados de interações

ESTADOS FÍSICOS, FENÔMENOS E PROPRIEDADES DA MATÉRIA.

CONCEITO DE QUÍMICA

É a ciência que estuda a natureza dos materiais, as as transformações e as variações de energia que acompanham as mesmas.

 
1. CONCEITOS PRELIMINARES

Matéria: é tudo aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. Exemplo: granito, madeira, ferro.

Corpo: É qualquer porção limitada da matéria. Exemplo: pedaço de granito, tábua de madeira, barra de ferro.

Objeto: é um corpo que possui aplicações úteis ao homem. Exemplo: estátua de granito, mesa de madeira, grade de ferro.

Energia: Energia é a capacidade de realizar trabalho, é tudo que pode modificar a matéria, por exemplo, na sua posição, fase de agregação, natureza química. É também tudo que pode provocar ou anular movimentos e causar deformações.

Desse modo, podemos conceituar energia como tudo aquilo que pode modificar a estrutura da matéria, provocar ou anular movimentos e, ainda, iluminar aquecer e resfriar pode até causar sensações.

Princípio da conservação de matéria e energia: A matéria e energia não podem ser criadas nem destruídas; podem somente ser transformadas.

Lei da Conservação da Massa: "A soma das massas dos reagentes é igual a soma das massas dos produtos".

Ou ainda, "Na natureza, nada se cria, nada se perde; tudo se transforma".

2. ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA

2.1. TIPOS DE ESTADOS FÍSICOS
As substâncias presentes na natureza podem se apresentar sob três formas: sólida, líquida e gasosa.
 

Sólido (S)	forma definida - volume definido partículas fortemente unidas, bem arrumadas e com movimento vibratório discreto
Líquido (L)	forma variável - volume definido partículas levemente unidas, havendo certa liberdade de movimento
Gasoso (G)	forma variável - volume variável partículas livres umas das outras, havendo total liberdade de movimento

2.2.  MUDANÇAS DE ESTADOS FÍSICOS
As substâncias variam seu estado físico de acordo com a temperatura e pressão. Existem  diferentes tipos de mudanças de estado, as quais podem se dividir em dois grupos.

→ Mudanças que ocorrem com ganho de energia:

a) FUSÃO - passagem do estado sólido para o líquido.
b)VAPORIZAÇÃO - passagem do estado líquido para o gasoso. Se subdivide em três casos:

Evaporação - passagem lenta que se processa espontaneamente.

Ebulição - passagem rápida que se processa sempre numa determinada temperatura.

Calefação - passagem muito rápida.

c) SUBLIMAÇÃO – é a passagem direta do estado sólido para o gasoso.

→ Mudanças que ocorrem com perda de energia:
 
a) LIQUEFAÇÃO OU CONDENSAÇÃO - passagem do estado gasoso para o líquido.
b) SOLIDIFICAÇÃO - passagem do estado líquido para o sólido.
c) SUBLIMAÇÃO – é a passagem direta do estado gasoso para o sólido.



2.3 SISTEMAS
A partir das noções de matéria e energia, podemos classificar os sistemas em função da sua capacidade de trocar matéria com o meio ambiente.

Sistema Aberto → tem a capacidade de trocar tanto matéria quanto energia com o meio ambiente.
Exemplo. Água em um recipiente aberto ( a água absorve a energia térmica do meio ambiente e parte dessa água sofre evaporação).

Sistema Fechado → tem a capacidade de trocar somente energia com o meio ambiente. Esse sistema pode ser aquecido ou resfriado, mas a sua quantidade de matéria não varia.
Exemplo. Um refrigerante fechado.

Sistema Isolado → Não troca matéria nem energia com o meio ambiente.
Observação: a rigor não existe um sistema completamente isolado.
Exemplo. Garrafa térmica.

3. FENÔMENOS
Dividem-se em: físicos, químicos, físico-químicos e biológicos.

• Físicos - não alteram a natureza das substâncias. Exemplo: fusão, dilatação.
• Químicos -. alteram a natureza das substâncias. Exemplo: combustão, oxidação (ferrugem).
• Físico-químicos - mescla características dos dois anteriores.
• Biológicos - são os fenômenos que ocorrem com os seres vivos. Exemplo: metabolismo, reprodução.

4. PROPRIEDADES DA MATÉRIA

4.1 PROPRIEDADES GERAIS
São as propriedades da matéria observadas em qualquer corpo, independente da substância de que é feito.
 

Compressibilidade	Propriedade da matéria que consiste em ter volume reduzido quando submetida à determinada pressão.
Divisibilidade	Propriedade que a matéria tem se reduzir-se em partículas extremamente pequenas.
Elasticidade	Propriedade que a matéria tem de retornar seu volume inicial após cessada a força que causa a compressão.
Extensão	Propriedade que a matéria tem de ocupar um lugar no espaço. O volume mede a extensão de um corpo.
Impenetrabilidade	Dois corpos não podem ocupar simultaneamente o mesmo lugar no espaço no mesmo período de tempo.
Indestrutibilidade	A matéria não pode ser criada nem destruída, apenas transformada.
Inércia	Propriedade que a matéria tem em permanecer na situação em que se encontra, seja em movimento, seja em repouso. Quanto maior for à massa de um corpo, mais difícil alterar seu movimento, e maior a inércia. A massa mede a inércia de um corpo.

4.2 PROPRIEDADES ESPECÍFICAS
São as propriedades que variam conforme as substâncias de que é feita.

Brilho	É a propriedade que faz com que os corpos reflitam a luz de modo diferente.
Cor	Diferentes materiais apresentam diferentes cores.
Densidade	É também chamada de massa específica de uma substância, pela razão (d) entre a massa dessa substância e o volume por ela ocupado.
Ductibilidade	Propriedade que permite transformar materiais em fios.
Dureza	É definida pela resistência que a superfície oferece quando riscada por outro material.
Magnetismo	Algumas substâncias têm a propriedade de serem atraídas por ímãs, as substâncias magnéticas.
Maleabilidade	Propriedade que permite à matéria ser moldada.

4.3 PROPRIEDADES ORGANOLÉPTICAS
São aquelas percebidas pelos nossos sentidos.
 

Audição

Olfato

Paladar

Tato

Visão

4.4 PROPRIEDADES QUÍMICAS
São propriedades que mostram a transformação de uma substância em outra.
Exemplo: a queima completa da glicose formando CO₂ e H₂O, a oxidação de uma placa de ferro formando a ferrugem.

4.5 PROPRIEDADES FÍSICAS
São propriedades que podem ser medidas, não alterando sua estrutura.
Exemplo: ponto de fusão, ebulição densidade.

Caderno do aluno -9º ano - volume 1 - Situação de aprendizagem 2 - Propondo modelo explicativos

 AULA PRÁTICA 01

Objetivo: Mostrar que, a certa temperatura, os materiais mudam de estado.

Contexto: A troca de calor entre materiais, ou seja, propagação de energia térmica pode causar mudanças nos materiais que trocam energia. As principais mudanças que podem ocorrer num material devido à variações de sua energia térmica são: variação da temperatura, variação de volume e mudança de estado físico. Todos os materiais são formados por moléculas (menor parte da matéria que conserva as características de uma substância), sendo que a maioria dos materiais que encontramos na natureza é formada pela mistura de diferentes substâncias. O efeito do aumento de energia térmica num material é o aumento da velocidade com que as moléculas se movem (vibram) no material. O aumento de temperatura se dá por que a temperatura que sentimos é um indicativo da energia cinética com que as moléculas estão vibrando, ou seja, o quão rápido as moléculas estão se movimentando. O estado físico de um material, sólido, líquido ou gasoso, é devido à interação elétrica existente entre as moléculas das substâncias de que é formado o material. Com o aumento da energia térmica das moléculas, ou seja, com o aumento da intensidade com que vibram as moléculas, chega-se a certa temperatura onde a intensidade da vibração é suficiente para superar a interação molecular existente. Então ocorre a mudança de estado. As moléculas de um sólido vibram em torno de uma posição fixa; na mudança para o estado líquido as moléculas deixam de ter esta posição fixa de vibração, e com isso podem se deslocar de um lugar para outro. Na mudança do estado líquido para o gasoso, as moléculas deixam de ter interações entre si e passam a se movimentar para qualquer direção, se movendo pelo ambiente todo em que estiver o gás. A diminuição da quantidade de energia térmica simplesmente faz com que os mesmos fenômenos aconteçam, só que em ordem contrária.

Idéia do experimento: A idéia é usar parafina e provocar mudanças de estado: de sólido para líquido, de líquido para sólido e de líquido para gasoso. Primeiramente aquece-se um pedaço parafina, que é sólido, até que ocorra a mudança para o seu estado líquido. Depois se deixa o líquido esfriar até que ele volte a ser sólido. Posteriormente aquece-se a parafina sólida até que haja a sua mudança para o estado líquido e, em seguida, gasoso.

Materiais utilizados: Velas, caixa de palitos de fósforo, uma colher sopa e estilete.

Montagem

• Retire com o estilete cerca de três milímetros cúbicos de parafina do lado da vela. •Coloque na colher a parafina que foi retirada.

• Acenda a vela e a fixe em algum lugar.

• Segure a colher logo acima da chama da vela.

• Espere a parafina derreter.

• Retire a colher de cima da chama e espere a parafina esfriar até voltar para o seu estado sólido. •Volte a segurar a colher logo acima da chama da vela.

• Espere até que a parafina se decomponha, passando para o estado gasoso.

Comentários

•Não toque na parafina ou na parte da colher que é aquecida pela vela, pois eles estarão muito quentes.

•No experimento não foi feito a passagem do estado gasoso para o líquido, pois a parafina é um derivado do petróleo formado de várias substâncias diferentes e na mudança para o estado gasoso as diferentes substâncias se separam. Portanto, o que realmente ocorre é uma decomposição da parafina em seus diferentes componentes. Logo, concluí-se que na mudança de estado da parafina para a forma gasosa é impossível reverter o processo, assim como foi feito quando a parafina mudou do estado sólido para o líquido.

•Na passagem do estado líquido para o sólido, para tornar o processo mais rápido pode-se encostar a colher num material bom condutor de calor, como o piso da sala, uma pia de pedra ou aço, etc.

•Ficarão resíduos na colher após a decomposição da parafina. Para limpar a colher, use esponja de aço (Bombril).

Fonte: Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru TMO/FCL

Pense um Pouco!

• O iodo () é um sólido de cor castanha. Ao ser aquecido libera vapores violeta, que se transformam em iodo sólido ao encontrarem uma superfície fria. Explique e dê o nome dos fenômenos observados.

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• Durante a ebulição da água destilada (água pura) a temperatura não se modifica, ao passo que, durante a ebulição da água do mar, a temperatura continua aumentando. Pense um pouco e explique esse fato.

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• À mesma temperatura (por exemplo, à temperatura ambiente) é possível observarmos materiais no estado sólido, outros no estado líquido e outros no estado gasoso.
  Aos nossos olhos, os sólidos, os líquidos e os gases têm respectivamente: (completa os espaços, (utilizando as seguintes palavras: própria ou variável ou constante) de modo a fazeres referência às propriedades macroscópicas)
  
  Sólidos
  
  
• Forma:____________________; Volume: _______________________________.
  
   Líquidos
  
  
• Forma: ___________________; Volume: _________________________________.
  
   Gases
  
  
• Forma: ____________________; Volume: __________________________________