Painel 3 - As transformações físicas e químicas da matéria.

Quando estudamos o universo em seu aspecto material, procuramos observar os fenômenos e separar certas características responsáveis por determinados efeitos.

 

> Se estivermos medindo a velocidade de um corpo material, não nos interessará sua composição química e, sim, a rapidez de seu deslocamento.

> Se estivermos analisando uma certa substância, sua composição química será primordial.

Nos dois casos, a Matemática nos ajudará.

Tópico 01 – Transformações físicas e químicas da matéria

Forno de siderurgia
Forno de siderurgia

 

O Universo em constante mutação

No Universo tudo está em constante mutação. A maior parte das substâncias na natureza é formada de misturas ou de substâncias compostas misturadas.

 

Como chegamos às substâncias simples?

Para chegarmos às substâncias simples, usamos de diversos artifícios, processos físicos ou reações químicas de modo a poder separar as substâncias compostas em substâncias simples componentes de uma mistura, por exemplo.  

 

Alguns processos de separação. Começando de substâncias com aspecto macro (grosseiro – feijão e impurezas) para substâncias muito diluídas (sal e água) .

 

 

Lembrando que para que possamos trabalhar quimicamente, as substãncias usadas devem ter um alto teor de pureza, para que SEMPRE reajam do mesmo modo nas experiências.

Alguns processos de separação:

Análise química e substâncias simples.
Análise química e substâncias simples.

Processos diversos de separação: 

 

Catação - o feijão que está com impurezas, pequenas pedras, sujeiras, etc. (Processo mecânico de separação: catação).

 

Minério sendo fundido para separar certas substâncias conforme seu ponto de fusão (Processo químico de fusão). Com isto, separamos diversos minérios que possuem pontos de fusão diversos.

 

Lembre-se: você terá de trabalhar sempre com substâncias conhecidas. Deste modo, os processos de análise são muito importantes.

Na próxima aula, vamos falar bem mais sobre o processo de separação de misturas. Acompanhe por links, os principais processos:

" Objetivo da separação de misturas em Química - Em Químicaseparações de misturas são utilizadas para isolar substâncias (ou outras misturas) em um sistema qualquer nos dois ou mais componentes originais.

Quando usamos os diversos processos de separação de misturas?

É realizada para as mais diversas finalidades, da química analítica à engenharia química ou de petróleo. Dentre os métodos, alguns, por mais que pareçam ter pouca utilidade, são essenciais em processos de mineração ou análises farmacêuticas.

Os métodos para que isso se concretize. Temos diversos métodos. são: filtraçãodestilaçãodecantaçãocromatografiaderivatização, entre outros. Cada método de separação é utilizado para certo tipo de sistema, que pode ser dividida basicamente entre homogêneo e heterogêneo.

 

Os métodos de separação (análise imediata), podendo ser de modo mecânico ou por processos físicos, são técnicas que se utilizam de conhecimentos de propriedades (como solubilidade, interação magnética) e constantes físicas (como P.F., P.E., densidade) para separar os componentes de um sistema.

 Clique no link e aprenda sobre o método ideal para cada sistema a ser separado (analisado).

para que usemos os métodos de separação das substâncias de uma mistura, devemos analisar o fenômeno em si e as características de suas substâncias componentes.

Fenômenos – a Natureza ou o mundo fenomênico

 

Todos os fatos que o homem observa na Natureza são chamados de fenômenos, desde os mais simples aos mais grandiosos e complexos.

 

Fenômeno, portanto, é um fato observável que ocorre na natureza ou é provocado artificialmente pelo homem.

Por exemplo: chuva – fenômeno natural; água sendo fervida numa panela – fenômeno artificial.

 

Vamos pensar a primeira distinção. Como podem ser os fenômenos?

Vamos observar também que um fenômeno pode ser reversível ou irreversível e isto implica em escolha da técnica ideal de separação.

Set de aquecimento em laboratório.
Set de aquecimento em laboratório.

Reversibilidade e Irreversibilidade dos fenômenos 

 

Ao observarmos os fenômenos, veremos que temos agentes físicos como o calor, por exemplo, que, em certa quantidade e limites de temperatura, não muda a natureza das substâncias.

 

> Podemos pegar um pedaço de gelo e esquentá-lo e ele se tornará água ao chegar de 0°C;

> e, se continuarmos a esquentá-lo, ao chegar a 100ºC se tornará vapor d'água.

 

Observe que será ainda a mesma substância que era enquanto gelo: água.

 

Fenômenos irreversíveis simples

 

Em outras situações poderemos ter um agente químico como por exemplo, o próprio calor, ao misturarmos os ingredientes para fazermos um bolo ou uma torta, muda a natureza das substâncias participantes do bolo de uma forma que não permite obtermos mais as substâncias originais.

 

Um bolo, um churrasco são, portanto, fenômenos irreversíveis.

 

Que quer dizer irreversível? Quer dizer: aconteceu, não podemos retornar ao estado original. Ex.: um café coado. Não será possível obtermos pó de café e água depois do café coado.

Tópico 2 – Definindo os recortes científicos

Podemos definir, além da Química, os seguintes recortes científicos básicos:

 

Física - a ciência que trata das leis gerais que regem o comportamento da matéria e da energia no Universo, nos eixos de espaço e de tempo.

 

Biologia – é a ciência que trata do estudo da vida, dos seres vivos e das leis que os regem de um modo geral. Evidentemente, diversos fenômenos físicos e químicos ocorrem com os seres vivos e todos fazem parte da Biologia, sendo apreciados pela visão biológica.

 

Entretanto, nosso recorte neste estudo é a Química.

Química – a ciência que estuda os fenômenos que ocorrem no interior ou na parte mais íntima da matéria: as dissociações das partículas, suas combinações e transformações. Estuda, portanto, as naturezas das substâncias e suas transformações em outras substâncias.

Tudo o que estudamos ou construímos provém da Natureza.

Qual a diferença entre Ciência e Tecnologia?

 Ciência – Sistema organizado de conhecimentos relativos a um determinado objeto, obtidos através da observação de fatos ou fenômenos selecionados segundo experiências e métodos próprios.

 

O campo das Ciências

Assim, podemos observar que a Física, a Química e a Biologia são ciências em toda sua amplitude. Fazem parte do campo das Ciências.

 

Tecnologia – Conjunto de aplicações científicas ou de princípios científicos a um determinado ramo ou atividade. A engenharia química, a mecânica, o ramo farmacêutico, o ramo de perfumaria, todas são tecnologias, ou seja, ciências aplicadas.

 

Tópico 03 – Estados físicos da matéria – Sólido, líquido e gasoso.

O primeiro passo para entendermos a organização molecular de uma substância química é observar e entender seu estado físico: a substância pode ser sólida, liquida ou gasosa.

>>>Cada um destes estados decorre de condições de               temperatura e pressão ambiente.

 Que são fenômenos?

Sabemos que as transformações ocorridas na Natureza são chamadas de fenômenos.

 

A multivariedade de fenômenos

Em nosso dia a dia, vemos ocorrer uma grande quantidade de fenômenos a todo o instante. Alguém acende um fósforo, quebra um pedaço de madeira, cozinha, faz um café, separa feijão, mistura substâncias para fazer um refresco, e assim por diante.

 

Fenômenos irreversíveis - Alguns fenômenos são químicos, isto é, são irreversíveis, como, por exemplo, riscar um fósforo, fazer um refresco misturando açúcar, água e suco de fruta ou fazer um café.

 

Observe que estes fenômenos FORMARAM NOVAS SUBSTÂNCIAS.  

 

Muitas vezes, a falta de cuidados na natureza, gera situações irreverssíveis.

Floresta derrubada.  Fonte: http://pedlowski.blogspot.com/2011/05/pf-descobre-condominio-de-madeireiras.html
Floresta derrubada. Fonte: http://pedlowski.blogspot.com/2011/05/pf-descobre-condominio-de-madeireiras.html

Fenômenos reversíveis - Outros fenômenos são físicos, fenômenos que podemos repetir sem que haja transformação das substâncias envolvidas: quebrar uma madeira, catar feijão. Observe que estes fenômenos NÃO FORMARAM NOVAS SUBSTÂNCIAS.

 

Os fenômenos físicos

Podemos, portanto concluir que os fenômenos físicos são reversíveis. Vejamos:

 

Os estados físicos da matéria

As partículas de um corpo se organizam de acordo com as condições de temperatura e pressão em três estados fundamentais da matéria: sólido, líquido e gasoso.  

 

Qual a importância dos estados físicos da matéria para a Química?

Como os fenômenos físicos são reversíveis, modificando-se as condições de temperatura e de pressão em certos limites pré-fixados por substância, seus estados físicos também se modificam.

 

Isto quer dizer que a disposição das partículas do corpo será modificada e, com esta modificação, o corpo adquirirá algumas novas propriedades. 

 

Geada no sul do país.
Geada no sul do país.

 

 

Como se apresentam as partículas nos três estados

 

 

Estado sólido- No estado sólido as partículas estão em posição pré-fixada.

 

Estado líquido - No estado líquido, as partículas deslizam umas sobre as outras.

 

Estado gasoso- No estado gasoso as partículas tendem à expansão, afastando-se umas das outras.

 

Vamos recapitular:

 

 

Qual a disposição das partículas de uma substância no estado sólido?

Estado sólido forma própria, volume definido, partículas ocupando posições pré-fixadas.

 

Qual a disposição das partículas de uma substância no estado líquido?

Estado líquido não tem forma própria, ocupando a forma do recipiente que as contém, volume constante, partículas deslizando umas sobre as outras de forma fluida.

 

Qual a disposição das partículas de uma substância no estado gasoso?

Estado gasoso partículas bem afastadas umas das outras, se expandindo, com grande movimentação, seu volume poderá aumentar ou diminuir conforme o recipiente que as contém.

 

Tópico 04 – Mudanças de estado físico

Termômetro
Termômetro

 

Importância da temperatura e da pressão na matéria

 

Temperatura e pressão influenciam as mudanças de estado físico da matéria.

Regras:Maior aumento de temperatura, maior agitação das partículas da matéria.

Diminuição de temperatura, diminuição da movimentação das partículas da matéria.

Aumento de pressão faz com que as partículas se aproximem.

Diminuição de pressão faz com que as partículas se afastem.

 

Barômetro
Barômetro

 

Que são as constantes de temperatura e pressão de cada substância?

 

As mudanças de estado físico ocorrem em condições de temperatura e pressão pré-determinadas para cada substância. São as chamadas constantes de temperatura e de pressão.

 

Medindo a temperatura e a pressão de uma determinada substância e as variações ocorridas a partir de reações químicas, podemos melhor caracterizar estas substâncias.

 

Considerando a mudança de estado físico das substâncias, vamos analisar passo a passo estas modificações.

Fero em processo de fusão.
Fero em processo de fusão.

Fusão – passagem de uma substância do estado sólido para o estado líquido por aumento de temperatura.

Processo de fusão

Quando o corpo atinge certa temperatura e entra em fusão, temperatura e pressão se manterão inalteradas até que todo o corpo tenha se fundido.

Exemplos de fusão

É o que ocorre com a fundição de metais, quando o metal é derretido e, em forma líquida, colocado em formas de objetos que se quer fabricar.

 

 

 

Ponto de fusão de algumas substâncias à pressão atmosférica normal de 1 atm (atmosfera) ao nível do mar.

 

Substância

Ponto de fusão (ºC)

Gelo

0

Prata

960

Ouro

1.063

Ferro

1.536

 

Obs.: Quanto maior a pressão que venhamos a exercer sobre um sólido, mais alto se tornará seu ponto de fusão. O gelo é uma exceção. Quanto maior a pressão, menor o ponto de fusão.

 

Vamos observar a influência da pressão e da temperatura nas substâncias e seres vivos.

Observe o processo de fusão do aço.

Solidificação em condições ambiente.
Solidificação em condições ambiente.

Solidificação – É a transformação de uma substância do estado líquido para o estado sólido, sendo o processo inverso ao da fusão.

 

Ponto de solidificaçãoé o mesmo que ponto de fusão. A temperatura permanece constante durante todo o processo de solidificação da substância.

No processo de fabricação de peças de metal, depois de fundido o metal e colocado em formas, o metal é resfriado para se solidificar e temos os objetos.

 

Vaporização – É a transformação de uma substância do estado líquido para o estado gasoso.

 

 

 

Temos dois tipos de vaporização: ebulição e evaporação.

 

Ebuliçãose dará com a substância quando aumentamos a temperatura ou reduzimos a pressão de uma substância. Durante o processo de ebulição o corpo atinge o ponto de ebulição e se mantém constante esta temperatura até que todo o processo ocorra com o corpo.

 

Substância

Ponto de ebulição (ºC)

Água

100

Mercúrio

357

Álcool Etílico

78

Ferro

3.000

 

 

 

 

Evaporação – é uma mudança lenta de uma substância líquida para vapor, podendo ocorrer espontaneamente. Exemplo: água no chão, à temperatura ambiente, evapora.

Condensação – é a mudança de uma substância do estado gasoso para o estado líquido.

 

Ponto de condensaçãoé o mesmo que ponto de ebulição. Durante a ebulição a água se transforma em vapor e, ao tocar numa superfície mais fria, como a tampa de uma panela, se condensa, aparecendo uma série de gotinhas no fundo da tampa, uma vez que a tampa da panela está em contato com a massa de ar externa à panela e que é mais fria.

 

 

Sublimação – é a passagem de uma substância do estado sólido para o estado gasoso e vice-versa. Exemplo: bolinhas de naftalina colocadas numa gaveta diminuem de tamanho com o tempo por se transformarem espontaneamente em vapor, sem passar pelo estado líquido.

 

Exercício por painel P3

 

Responda às seguintes perguntas depois de ter feito algumas pesquisas:

  1. Como se apresentam as substâncias na Natureza?

  2. Como chamamos os fatos observáveis pelos cientistas?

  3. Dependendo da quantidade ou gradação, um fenômeno pode apresentar um mesmo agente físico que se transformará em agente químico em outro fenômeno?

  4. Qual a diferença entre ciência e tecnologia?