Aula 01 - Matéria e energia

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CONCEITOS FUNDAMENTAIS
MATÉRIA
Matéria: tudo o que ocupa lugar no espaço e tem massa.
PARTE 1 — QUÍMICA GERAL
A matéria nem sempre é visível. O ar é um exemplo disso. Podemos, através de experimentos
simples, constatar que o ar ocupa lugar no espaço. Observe um deles:
Usamos massa de modelar para prender um funil em um frasco
de vidro e, ao mesmo tempo, vedar o frasco, impedindo a saída de ar
por pequenos orifícios. Assim, o ar só entra ou sai através do funil. Se
tentarmos colocar um líquido colorido no frasco (água com groselha,
por exemplo), verificaremos que o líquido não consegue entrar, impedido
pelo ar contido no frasco.
Podemos também determinar a massa de uma certa quantidade
de ar mediante a utilização de balanças. Um litro de ar apresenta
massa aproximada de 1,3 gramas.
ENERGIA
Na verdade, não existe uma definição satisfatória para energia. Porém, pode-se afirmar
que o conceito de energia está diretamente relacionado à realização de trabalho, ao
fato de provocar modificações na matéria e de ser interconversível em suas várias formas.
Uma das formas de energia mais utilizadas é a elétrica, que pode ser obtida de várias
maneiras. Vejamos algumas delas:
Imagebank Stock Photos
Nas usinas hidrelétricas, quando a
água represada cai através de tubulações,
faz girar turbinas acopladas a um gerador,
o qual produz energia elétrica. Essa é uma
fonte de energia praticamente inesgotável;
contudo, seu funcionamento depende
de um volume mínimo de água represada.
A construção de grandes usinas gera problemas
sociais e ambientais.
Existem vários processos
químicos (reações
químicas), que serão estudados
em eletroquímica,
os quais podem originar
energia elétrica.
Christof Gunkel
A energia eólica (ar em movimento),
que já foi usada para produzir
energia mecânica nos moinhos, atualmente
é usada com auxílio de turbinas,
para produzir energia elétrica.
Martin Bond/SPL
As células fotoelétricas
dos painéis solares transformam
a energia luminosa proveniente
do Sol em energia
elétrica, sendo considerada
uma fonte de energia inesgotável
e que não produz danos
ao meio ambiente.

Unidade 1 — Introdução ao estudo da Química
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Nas usinas nucleares, como nas termoelétricas,
através de processos físico-químicos, produz-se energia
térmica, que é transformada em energia elétrica.
A distribuição da energia elétrica
para as diferentes regiões de um país
é feita por redes de transmissão.
Christof Gunkel
Christof Gunkel
Christof Gunkel
Stock Photos
Delfim Martins/Pulsar
Christof Gunkel
Ao chegar em sua casa ou em instalações industriais, a energia elétrica é transformada em
outros tipos de energia.
UNIDADES DE MEDIDA
Em Química, para realizar qualquer experimento, além dos conceitos básicos de
matéria e energia, também é necessário conhecer algumas unidades de medida.
A medida de uma grandeza é um número que expressa uma quantidade, comparada
com um padrão previamente estabelecido.
Os múltiplos e submúltiplos do padrão são indicados por prefixos.
Massa
Massa (m): a quantidade de matéria que existe num corpo.
Observação:
Essa definição é simplificada, pois o conceito de massa não é absoluto. De acordo com 2ª Lei de
Newton, a massa de um corpo está relacionada com a medida da sua inércia, ou seja, medida da
dificuldade que um corpo tem para variar a sua velocidade (massa inercial).
Há também outra definição — a de massa gravitacional, cuja medida depende da existência de
força gravitacional. Neste caso, a massa de um corpo pode ser medida, por exemplo, mediante o
uso de balanças.
A determinação da massa de um corpo é feita pela comparação da massa desconhecida
desse corpo com outra massa conhecida, um padrão. Para esta determinação usase
um aparelho chamado balança.

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PARTE 1 — QUÍMICA GERAL
No Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão
de massa é o quilograma (kg).
quilograma (kg)
grama (g)
1000 g ou 10 3 g
1 g ou 10 0 g
Fotos: Thaís Falcão
Volume
miligrama (mg)
À esquerda: balança de pratos.
À direita: balança moderna.
0,001 g ou 10 –3 g
Volume (V): é a extensão de espaço ocupado por um corpo.
vol. = 10 cm · 10 cm · 10 cm
= 1000 cm 3
= 1000 mL
= 1 L
10 cm
vol. = 1 cm · 1 cm · 1 cm
= 1 cm 3
= 1 mL
1 cm
O volume de um corpo com a forma
de um cubo é determinado multiplicando-se
seu comprimento por sua altura e
por sua largura.
V = comprimento · altura · largura
No SI, a unidade-padrão de volume é
o metro cúbico (m 3 ). No entanto, a unidade
mais usada em Química é o litro (L).
m 3
1 000 dm 3 ou 1 000 L
10 cm
dm 3 ou L
1 dm 3 ou 1 L
10 cm = 1 dm
cm 3 ou mL
0,001 dm 3 ou 0,001 L
10 –3 dm 3 ou 10 –3 L
Num laboratório, os volumes dos líquidos podem ser obtidos de várias maneiras,
usando-se diferentes aparelhos, em função do volume de líquido a ser determinado.
Observe:
Fotos:Thales Trigo
Béquer.
Erlenmayer.
Balões volumétricos.
Pipetas.
Bureta.
Proveta.
Esses equipamentos são utilizados na obtenção de medidas volumétricas de líquidos.

Unidade 1 — Introdução ao estudo da Química
Observação:
Quando usamos aparelhagem de medida de volume, devemos manter
os olhos no mesmo nível da superfície do líquido, conforme mostra a
figura ao lado.
proveta
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Temperatura
Temperatura (T): relaciona-se com o estado de agitação das partículas que formam
um corpo e com a capacidade desse corpo de transmitir ou receber calor.
Os valores de temperatura são determinados por um aparelho chamado termômetro,
que consiste de um fino tubo de vidro graduado e parcialmente cheio de mercúrio
ou álcool colorido. À medida que a temperatura aumenta, o líquido se expande e
se move ao longo do tubo.
A graduação do tubo indica a variação de
temperatura do líquido. Essa graduação é a
escala termométrica do aparelho (existem
várias escalas em uso, atualmente).
A escala de graduação mais comumente usada
nos trabalhos científicos é a escala Celsius. Ela
possui dois pontos de referência: o congelamento
e a ebulição da água ao nível do mar, que correspondem,
respectivamente, a 0 ºC e 100 ºC.
Existem outras escalas centígradas, como a
Kelvin, recomendada pelo SI e conhecida como
escala absoluta.
Pressão
ponto de
ebulição
da água
ponto de
solidificação
da água
T K = T ºC + 273
zero
absoluto
escala
Kelvin
373,15 K
escala
Celsius
100,00 ºC
273,15 K 0,00 ºC
0,00 K –273,15 ºC
Pressão (P): a relação entre a força exercida na direção perpendicular, sobre uma dada
superfície, e a área dessa superfície.
A Terra está envolvida por uma camada de ar que tem espessura aproximada de 800
km. Essa camada de ar exerce pressão sobre os corpos: a pressão atmosférica.
Variação da pressão na superfície
unidade de volume =
1 L = poucas partículas
P’’
unidade de volume =
1 L = mais partículas
P’
unidade de volume =
1 L = muito mais partículas
P > P’ > P’’ > ...
A pressão atmosférica
varia de acordo com
a altitude. Em regiões
de grande altitude, há
menor quantidade de
partículas do ar por unidade
de volume, portanto
a pressão também é
menor.
P = 1 atm
mar
A diminuição do número de partículas do ar em grandes altitudes pode ser a causa
de problemas para pessoas desacostumadas a essa condição.

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PARTE 1 — QUÍMICA GERAL
Pelo Sistema Internacional (SI), a unidade-padrão é o pascal (Pa), que se relaciona
com a unidade atmosfera na seguinte proporção:
1 atm = 101 325 Pa ou, aproximadamente, 1 atm 100 kPa
Unidades de pressão
atm cm Hg mm Hg torr kPa
1 76 760 760 100
Densidade
Densidade (d): é a relação (razão) entre a massa de um material e o volume por ele
ocupado.
A expressão que permite calcular a densidade é dada por:
d = massa ⇒ d = m ⇒ d = kg
Volume V m 3
Para sólidos e líquidos, a densidade
geralmente é expressa em gramas/centímetros
cúbicos (g/cm 3 ); para gases,
costuma ser expressa em gramas/litro
(g/L).
Nas regiões polares, é comum a presença
de grandes blocos de gelo (água pura), os icebergs,
flutuando na água do mar (água e outros
materiais). Isso ocorre porque a densidade
do gelo (0,92 g/cm 3 ) é menor que a densidade
da água do mar (1,03 g/cm 3 ).
(Unicamp-SP) Três frascos de vidro transparente, fechados, de formas e dimensões iguais, contêm
cada um a mesma massa de líquidos diferentes. Um contém água, o outro, clorofórmio e
o terceiro, etanol. Os três líquidos são incolores e não preenchem totalmente os frascos, os
quais não têm nenhuma identificação. Sem abrir os frascos, como você faria para identificar
as substâncias?
A densidade (d) de cada um dos líquidos, à temperatura ambiente, é:
d (água) = 1,0 g/cm 3
d (clorofórmio) = 1,4 g/cm 3
d (etanol) = 0,8 g/cm 3
SOLUÇÃO
m
A partir da expressão que permite calcular densidades d =
V
, temos que m = d · V
m água = d água · V água
como a massa é a mesma, o líquido de maior
m clorofórmio = d clorofórmio · V clorofórmio
densidade deverá apresentar o menor volume
m etanol = d etanol · V etanol m = d V
Stock Photos
✔ EXERCÍCIO RESOLVIDO
123
!
!

Unidade 1 — Introdução ao estudo da Química
A ilustração ao lado nos fornece uma representação
dos três frascos.
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Observação:
clorofórmio água etanol
Em laboratório, os reagentes líquidos comumente são armazenados em plásticos ou frascos de vidro de rolha
esmerilhada, como os da ilustração.
Exercícios de classe
1. Transforme as massas em gramas (g):
a) 0,20 kg
b) 200 mg
2. Transforme os volumes em litros (L):
a) 1 dm 3
b) 100 mL
c) 200 cm 3
d) 3,0 m 3
3. Transforme as temperaturas:
a) 27 ºC em Kelvin (K)
b) 500 K em ºC (Celsius)
4. Transforme as pressões:
a) 1 520 mm Hg em atm
b) 0,5 atm em mm Hg
5. Observe a tabela:
Substância Densidade
água 1,0 g/cm 3
benzeno 0,90 g/cm 3
clorofórmio 1,53 g/cm 3
Esses três materiais
foram colocados numa
proveta, originando um
sistema com o seguinte
aspecto:
Relacione as substâncias
A, B, C com aquelas
mencionadas na tabela.
Justifique.
50
40
30
20
10
A
B
C
Exercícios propostos
1. Quantos sacos de cimento com 50 kg de massa
podem ser transportados por um caminhão com
capacidade máxima de carga igual a 10 t?
Dado: 1 tonelada = 10 3 kg
2. Considere as informações:
• 1 microlitro (µL) = 10 –6 L
• volume de 1 gota = 5µL = 50 · 10 –6 L
Determine o número de gotas necessário para
encher um recipiente de 0,20 L.
3. A febre é o aumento da temperatura corporal,
que raramente excede a 41ºC nos seres humanos,
e faz parte do mecanismo de defesa
do corpo, pois é normalmente provocada por
processos inflamatórios, infecciosos e de
intoxicação. Por outro lado, temperaturas
abaixo de 36,1 ºC, provocadas pela exposição
prolongada a ambientes muito frios, também
podem ser letais: o organismo, na tentativa de
manter sua temperatura normal, acelera intensamente
o metabolismo, acarretando infartos.
Quais os valores, em Kelvin (K), para as temperaturas
mencionadas no texto?
4. Um mergulhador, quando atinge a profundidade
de 32 m, está sujeito a uma pressão
total de 5 atm, que corresponde à soma da
pressão exercida pela atmosfera e da coluna
de água sobre ele. Determine a pressão total,
em mm Hg, que agirá sobre esse mergulhador
quando ele atingir uma profundidade de 64 m.
5. (UFPI) Em uma cena de um filme, um indivíduo
corre carregando uma maleta tipo 007 (volume
de 20 dm 3 ) cheia de barras de um certo metal.
Considerando que um adulto de peso médio
(70 kg) pode deslocar com uma certa velocidade,
no máximo, o equivalente ao seu próprio
peso, indique qual o Densidade em g/cm 3
metal contido na
Alumínio 2,7
maleta, observando
Zinco 7,1
os dados da tabela
Prata 10,5
ao lado.
(Dado: 1 dm 3 Chumbo 11,4
= 1 L
= 1 000 cm 3 )
a) Alumínio.
Ouro
d) Chumbo.
19,3
b) Zinco. e) Ouro.
c) Prata.

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6. (ENEM) Pelas normas vigentes, o litro do
álcool hidratado que abastece os veículos
deve ser constituído de 96% de álcool puro e
4% de água (em volume). As densidades desses
componentes são dadas na tabela.
Substância
água
álcool
Densidade (g/L)
1000
800
Um técnico de um órgão de defesa do consumidor
inspecionou cinco postos suspeitos
de venderem álcool hidratado fora das normas.
Colheu uma amostra do produto em
cada posto, mediu a densidade de cada uma,
obtendo:
PARTE 1 — QUÍMICA GERAL
Posto
I
Densidade do combustível (g/L)
822
II 820
III 815
IV 808
V 805
A partir desses dados, o técnico pôde concluir
que estavam com o combustível adequado
somente os postos:
a) I e II.
b) I e III.
c) II e IV.
d) III e V.
e) IV e V.
Exercícios de contexto
1.
b) Quantos frascos desse medicamento você
deve comprar para seguir a prescrição
médica?
c) Ocorrerá sobra de medicamento?
Neste restaurante do tipo self-service, os
clientes são “pesados” na entrada e na saída,
e a cobrança é feita em função da diferença
de massa. Suponha que você fosse a esse
restaurante e na entrada a balança indicasse
40 quilogramas. Se na saída a balança indicasse
40,6 quilogramas,
a) o seu aumento de massa corresponderia a
quantos gramas?
b) quanto você pagaria pela refeição?
2. Em vários medicamentos,
como, por exemplo, xaropes,
encontramos um pequeno
frasco medidor, como
mostra a figura ao lado:
Suponha que seu médico tenha lhe receitado
tomar 5 mL de um determinado xarope 4
vezes ao dia, durante 10 dias, e que o frasco
continha 0,15 L do medicamento.
a) Qual volume total, em litros (L), você deve
ingerir diariamente?
Leia o texto a seguir para resolver as questões
3 e 4.
Um dos combustíveis mais utilizados no
mundo atual é a gasolina, que é uma mistura de
hidrocarbonetos e apresenta densidade aproximada
de 0,8 g/cm 3 . Seu preço varia de país
para país, de acordo com vários fatores, tais
como: quantidade do petróleo extraído de fontes
nacionais, quantidade do petróleo importado,
custo do transporte do petróleo e seus derivados,
valor da moeda nacional etc. Nos Estados
Unidos, a gasolina é comercializada usando-se
como unidade de medida de volume o galão (correspondente
a aproximadamente 3,8 L), cujo
preço médio é de US$ 2,00.
Num teste para medição de consumo de combustível,
um automóvel vazio, contendo 57 L de
gasolina no tanque, teve a sua massa medida
antes e depois de percorrer uma distância de
150 quilômetros, sendo encontrados os
seguintes valores:
• massa inicial = 1 025,6 quilogramas
• massa final = 1 013,6 quilogramas
3. Determine a massa da gasolina contida em
um galão e o preço, em reais, de 1 L dessa
gasolina, comprada nos Estados Unidos
(1 US$ = R$ 2,70).

Unidade 1 — Introdução ao estudo da Química
4. Considerando que a variação de massa seja
devida unicamente à gasolina consumida,
determine o volume de gasolina consumido e
o consumo médio, em quilômetros por litro,
no teste.
5. Observe o esquema:
I – água em
ebulição
II – turbina
III – gerador
energia
elétrica
Sabendo que:
I — a água passa do estado líquido para o
de vapor
II — o vapor gira as hélices de uma turbina
III — o movimento no interior de um gerador
produz energia elétrica
a) Indique os itens que podem corresponder
ao meio utilizado no processo:
I — usina eólica
II — usina termoelétrica
III — células fotoelétricas
IV — usina hidrelétrica
V — usina nuclear
b) Quais fontes de energia indicadas no exercício
anterior podem produzir energia
“limpa” e considerada inesgotável?
c) Numa usina termoelétrica, uma das substâncias
queimadas é o carvão. Durante
essa queima (combustão), são lançados na
atmosfera gases nocivos ao meio ambiente
e ao ser humano. Como é denominada essa
situação?
d) Em qual dos processos citados uma estiagem
prolongada pode afetar a produção de
energia elétrica?
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F a ç a v o c ê m e s m o
Determinação do volume de um sólido
Se o sólido apresentar forma geométrica bem definida, você pode determinar seu volume,
medindo suas dimensões e multiplicando-as. Porém, se precisar determinar o volume de um sólido
com formato irregular, conhecendo somente a sua massa, sem conhecer a sua densidade, você
pode proceder da seguinte forma:
a) Coloque água em um recipiente graduado, como uma proveta, até um determinado volume.
b) Mergulhe o sólido de formato irregular no recipiente contendo água e verifique o novo volume
de água.
c) A diferença entre o volume final e o volume inicial é o volume deste sólido. A partir deste
procedimento podemos determinar a densidade do sólido utilizando a expressão d = m .
V
volume inicial = V i
água
volume final = V f
volume inicial = V i
água
sólido com
formato irregular
Observação:
Este procedimento é apropriado para sólidos
mais densos que o líquido.
Sugestão:
Determine o volume e a densidade de uma
bolinha de gude e de uma colher de chá.