Quimica Geral Russel Vol 1 Pdf Downloadl

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2. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Sumrio Captulo01Noes Preliminares016Captulo 02As Frmulas, as Equaes e aEstequiometria067Captulo 03Termoqumica132Captulo 04Gases162Captulo05O tomo227Captulo 06Os Eltrons262Captulo 07PeriodicidadeQumica318Captulo 08Ligaes Qumicas368Captulo 09Slidos433Captulo10Lquidos e Mudanas de Estado478Captulo 11Solues526Captulo 12Reaesem Solues Aquosas590Apndice A651Apndice B678Apndice C683ApndiceD706Apndice E710Apndice F714Apndice G716Apndice H721ApndiceI727Apndice J7311 3. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.NDICE Captulo1Noes preliminares16Tpicos gerais16A metodologia cientfica19 1920Teorias20A matria22Massa, inrcia e peso23Substncias puras emisturas24Os estados da matria24Elementos ecompostos25Fases26Misturas homogneas e heterogneas27As transformaesda matria29As transformaes fsicas29As transformaes qumicas29As leisdas transformaes qumicas29A energia32A energia mecnica32O calor e atemperatura34As unidades de temperatura 1.618Leis1.517Observaes edados1.417Como estudar qumica1.317Por que estudar qumica?1.2Qumica:o que, por que e como? O que qumica?1.135Os nmeros: usos eextrapolaes35A notao exponencial35Medidas, exatido e preciso36Osalgarismos significativos37A preciso em clculos aritmticos: adio esubtrao40Os arredondamentos41A preciso em clculos aritmticos:multiplicao e diviso422 4. Generated by Foxit PDF Creator FoxitSoftware For evaluation only.Outrasoperaes43 43Os mltiplos e os submltiplos das unidadesmtricas44Resoluo de problemas numricos46Anlise dimensional46Osfatores unitrios48A densidade1.8As unidades mtricas As unidadessi1.74352Resumo Problemas57Problemas adicionaisCaptulo 25564Asfrmulas, as equaes e a estequiometria67Tpicos gerais67As frmulasqumicas69 70 71As frmulas estruturais73Massa atmica e outros tiposde massa73As massas atmicas74As massas moleculares75As massas defrmulas75O mol76O nmero de Avogadro77Mols de tomos78Mols demolculas80Mols de frmulas unitrias 2.568As frmulas empricas2.468Asfrmulas moleculares2.368As molculas 2.2Estrutura da matria Ostomos2.181A composio estequiomtrica81Os significados das frmulasqumicas81Determinao da anlise elementar a partir de frmulas833 5.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Determinao dafrmula emprica a partir de uma anlise85elementar As frmulasmoleculares88 89Estequiometria de reaes91Os significados de umaequao qumica91Os clculos estequiomtricos92A anlise decombusto96Problemas com reagentes limitantes2.7As equaes qumicas Obalanceamento das equaes por tentativas2.68698 101 101A concentraomolar101A diluio104Os cidos e as bases106As reaes deneutralizao106Titulao107O mol: comentrios adicionais110Aterminologia de mols de coisas diferentes110O tamanho de um mol2.9Aestequiometria de soluo O soluto e o solvente2.81102.10Nomenclatura qumica: primeiro contato111Nomes triviais esistemticos111Os compostos binrios111Os compostos temrios contendooxignio113Os cidos e as bases114Resumo Problemas117ProblemasadicionaisCaptulo 3116129Termoqumica132Tpicos gerais1323.1Aprimeira lei da termodinmica133O calor1344 6. Generated by FoxitPDF Creator Foxit Software Forevaluation only.O trabalho A energia139 139A calorimetria142 143Asequaes termoqumicas148Lei de hess148As reaes de formao 3.5138Acapacidade calorfica 3.4O calor e a entalpiaA entalpia e a energia3.3136A entalpia3.2135149A combusto do carvo: uma ilustraotermoqumica153Resumo Problemas157Problemas adicionaisCaptulo4155160Gases162Tpicos gerais162164 167Relao presso-volume lei deBoyle168Lei de Boyle: representao grfica170Clculos da lei deBoyle172Efeitos da temperatura: lei de Charles174Zeroabsoluto175Clculos da lei de Charles:176Clculos combinados4.4163Temperatura4.3163Presso4.2Variveis usadas para descrever ocomportamento de gases Volume4.1178A lei do gs ideal181Lei deGay-Lussac da combinao dos volumes181Princpio de Avogadro182Derivaoda lei do gs ideal182Determinao de R1835 7. Generated by Foxit PDFCreator Foxit Software For evaluationonly.Clculo da lei do gs ideal Volume molar de um gs ideal186Outraspropriedades de um gs ideal187Lei de Dalton das pressesparciais187Gases coletados sobre gua189Lei de Graham de difuso eefuso192Teoria cintico-molecular197Anlise do modelo198Teoriacintico-molecular e as leis dos gases201Estequiometria dosgases204Gases reais208Desvios da lei do gs ideal208Equaes de estadopara gases reais210Teoria cintico-molecular e gasesreais213Resfriamento com expanso4.6186Massa molecular a partir dadensidade do gs 4.5185215Resumo Problemas218ProblemasadicionaisCaptulo 5216225O tomo227Tpicos gerais227229230Experimentos em tubos de Crookes230O tomo de Thomson235O tomonuclear235O tomo de Rutherford236O tomo moderno238Istopos 5.3228Osprimeiros experimentos de eletrlise5.2Primeiros modelos atmicos Otomo de Dalton5.1240Massas atmicas241Abundncia isotpica2416 8.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.A determinao demassas atmicas Eltrons em tomos244O dilema do tomo estvel244Energiaradiante246Espectroscopia atmica248O tomo de Bohr5.4243252ResumoProblemas258Problemas adicionaisCaptulo 6257260Os eltrons262Tpicosgerais262O modelo da mecnica quntica e as energias eletrnicas263Oinsucesso da mecnica clssica263O princpio da incerteza deHeisenberg264Os nveis eletrnicos de energia265Configuraeseletrnicas no estado fundamental: do hidrognio ao6.1269nenio Asconfiguraes eletrnicas: representaes alternativas271Configuraesadicionais no estado fundamental: do sdio ao272argnio A convenocerne do gs nobre273Configuraes adicionais no estado fundamental:do potssio ao275criptnio Configuraes adicionais no estadofundamental: tomos277posteriores ao criptnio 6.2As partculas e asondas2816.3As ondas estacionrias286Uma onda estacionriaunidimensional: vibrao de uma corda286Uma onda estacionriabidimensional: a vibrao da parte superior290de um tambor As ondasestacionrias tridimensionais 6.4292As propriedades ondulatrias doseltrons2937 9. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.As equaes de ondaO orbital ls295Os orbitais 2s e 3s299Os orbitais 2p e 3p301Osorbitais 3d303Os orbitais f304As distribuies de mltiploseltrons304Os nmeros qunticos306O nmero quntico principal, n306Onmero quntico azimutal, l307O nmero quntico magntico, ml307O nmeroquntico spin, ms308O princpio de excluso de Pauli308Os nmerosqunticos e os ns6.5293308Resumo Problemas311ProblemasadicionaisCaptulo 7310317Periodicidade qumica318Tpicos gerais318Adescoberta da lei peridica319Desenvolvimentospreliminares319Periodicidade: uma descrio moderna321A tabelaperidica moderna3227.2A periodicidade nas configuraeseletrnicas3247.3A periodicidade nas propriedades atmicas329Raioatmico329Energia de ionizao334Afinidade eletrnica339A periodicidadedas propriedades fsicas343Densidades e pontos de fuso343Metais eno-metais343A periodicidade nas propriedades qumicas3457.17.47.5810. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluationonly.Metais345No-metais351Hidroxi-compostos: cidos e bases356Aperiodicidade na estequiometria358Resumo Problemas359ProblemasadicionaisCaptulo 8258364Ligaes qumicas368Tpicos gerais368Ligaesinicas369A formao das ligaes inicas369As estruturas de Lewis dostomos370As estruturas de Lewis dos ons monoatmicos372As estruturasde Lewis de compostos inicos374Ligao inica e energia377A formao deum composto inico slido379Ligao covalente381A molcula dehidrognio382As estruturas de Lewis e a ligao covalente384Ligaesmltiplas390Ligaes covalentes normal e coordenada391A regra doocteto: apenas umguia392Ressonncia393Eletronegatividade395Periodicidade eeletronegatividade395Eletronegatividade e tipo de ligao396Energiasde ligao401Energias de ligao401Energias mdias de ligao4028.5Balanode cargas, parte I: cargas formais4058.6Repulso dos pareseletrnicos409O mtodo VSEPR4098.18.28.38.49 11. Generated by FoxitPDF Creator Foxit Software Forevaluation only.A polaridade das molculas419Molculasdiatmicas419Molcula triatmicas421Outras molculas8.7422ResumoProblemas427Problemas adicionaisCaptulo 9424431Slidos433Tpicosgerais433436 437 439 441O retculo cristalino441A celaunitria441Alguns retculos cristalinosrepresentativos445Empacotamento denso448O empacotamento denso deesferas idnticas449Cristais com estruturas de empacotamentodenso453Vazios tetradricos e octadricos455Estruturas cristalinasbaseadas no empacotamento denso456Ligaes e propriedades dosslidos458Slidos inicos458Slidos moleculares459Slidoscovalentes461Slidos metlicos 9.6Difrao de raios XAplicaes da difraode raios X9.5435A equao de Bragg9.4435O mecanismo dadifrao9.3434Cristais 9.2Os slidos: algumas observaes preliminaresPropriedades gerais dos slidos9.1461Energia reticular463Defeitos emcristais465Defeitos lineares46610 12. Generated by Foxit PDFCreator Foxit Software For evaluationonly.Defeitospuntuais466Semicondutores468Resumo471Problemas472Problemasadicionais476Captulo 10 Lquidos e mudanas de estado478Tpicosgerais47810.1 Lquidos479Propriedades gerais doslquidos479Evaporao48010.2 Equilbrio e presso de vapor481Equilbriolquido-gs482Ebulio484Calor de vaporizao485Superaquecimento48610.3 Avariao da presso de vapor com a temperatura48810.4 Equilbrioslido-lquido495Congelamento495Calor defuso496Supercongelamento496Vidros49710.5 Mudanas de estado498Curvasde aquecimento498Curvas de congelamento50010.6 Equilbrio e oprincpio de Le Chtelier501Equilbrio lquido-gs e variaes detemperatura502Equilbrio lquido-gs e variaes de presso504Equilbrioslido-lquido e variaes de temperatura506Equilbrio slido-lquido evariaes de presso507Equilbrio slido-gs507Ponto crtico509Outrosequilbrios de fase51311 13. Generated by Foxit PDF Creator FoxitSoftware For evaluation only.10.7Diagramas de fases513gua513gua: diagrama de fases a altapresso516Dixido de carbono518Resumo519Problemas520Problemasadicionais524Captulo 11 Solues526Tpicos gerais52611.1 Propriedadesgerais das solues52711.2 Tipos de solues527Solues gasosas528Solueslquidas528Solues slidas52911.3 Unidades de concentrao530Fraomolar531Percentagem molar532Molaridade532Molalidade534Percentagemem massa53511.4 Solubilidade536O mecanismo de dissoluo536A gua e asligaes de hidrognio538Saturao e solubilidade - solutosno-dissociveis541Saturao e solubilidade - solutosdissociveis543Calor de soluo545Solubilidade etemperatura547Solubilidade e presso55011.5 Propriedadescoligativas552O abaixamento da presso de vapor552A lei deRaoult553A elevao do ponto de ebulio55912 14. Generated by FoxitPDF Creator Foxit Software Forevaluation only.A diminuio do ponto de congelamento562Pressoosmtica564Osmose reversa56911.6 Eletrlitos569Dissociao570Adissociao de eletrlitos inicos570A dissociao de eletrlitosmoleculares571As foras dos eletrlitos571Equilbrio e grau dedissociao574cidos, bases e sais577Hidratao deons579Resumo581Problemas582Problemas adicionais587Captulo 12 Reaesem solues aquosas590Tpicos gerais59012.1 As reaes cidos-base591Adefinio de Arrhenius591A definio pelo sistema solvente592A definiode Brnsted-Lowry593A definio de Lewis59712.2 As reaes de precipitaoe complexao599A precipitao599Equaes inicas simplificadas602Acomplexao60212.3 Equaes simplificadas para reaes em soluesaquosas604Tipos de reaes605Equaes para reaes de precipitao605Equaespara formao de eletrlitos fracos606Usando as generalizaes60712.4Balano de cargas, parte II: nmero de oxidao Nmeros de oxidao: mtodo1613 61313 15. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Nmeros de oxidao:mtodo 2615Exemplos61612.5 As reaes de transferncia de eltrons618Aoxidao e a reduo618O balanceamento de equaes redox620Equaes parareaes redox sem solvente621Equaes para reaes redox - soluesaquosas62412.6 A estequiometria de soluo631Estequiometriacido-base631Equivalentes de cidos e bases633Equivalentemassa634Normalidade635Estequiometria redox636Outros tipos de reaesem soluo637Resumo640Problemas640Problemas adicionais648Apndice AGlossrio de termos importantes651Apndice B678Unidades, constantes eequao de converso Unidades678Unidades SI678Prefixosmtricos680B.2Constantes fsicas681B.3Equaes de converso382B.1ApndiceC Nomenclatura qumica683C.1Nomes triviais683C.2Nomenclaturasistemtica inorgnica684Elementos684Ctions685nions68814 16.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Sais, xidos ehidrxidos cidos693Outros compostosinorgnicos695Complexos695Nomenclatura sistemticaorgnica699Hidrocarbonetos699Derivados dehidrocarbonetosC.3692703Apndice D Operaes matemticas706D.1Equaeslineares e seus grficos706D.2Equaesquadrticas707D.3Logaritmos708Apndice EMtodo de Clark pararepresentar a estrutura de Lewis710Apndice FPresso de vapor dagua714Apndice G Algumas propriedades termodinmicas a 25 C716ApndiceH Constantes de equilbrio a 25 C721H.1Constantes de dissociao decidos fracos721H.2Constantes de dissociao de basesfracas722H.3Produtos de solubilidade723Apndice IPotenciais de reduopadro a 25 C727Apndice JRespostas dos problemas numricosselecionados73115 17. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Captulo 1 NOESPRELIMINARES TPICOS GERAIS1.1 QUMICA: O QUE, POR QUE E1.5 AENERGIACOMO?A energia mecnicaO que qumica?O calor e atemperaturaPor que estudar qumica?As unidades de temperaturaComoestudar qumica 1.6OSNMEROS:1.2 AMETODOLOGIA CIENTFICAA notaoexponencialLeisMedidas, exatido eprecisoTeoriasEEXTRAPOLAESObservaes e dadosUSOSOs algarismossignificativos A preciso em clculos aritmticos: adio1.3 A MATRIAesubtraoMassa, inrcia e pesoOs arredondamentosSubstncias puras emisturasAOs estados da matriamultiplicao e divisoElementos ecompostosOutras operaesprecisoemclculosaritmticos:Fases 1.7 ASUNIDADES MTRICASMisturas homogneas e heterogneasAs unidades SI1.4ASTRANSFORMAESMATRIADAOs mltiplos e os submltiplos das unidadesmtricasAs transformaes fsicas As transformaes qumicas1.8 RESOLUO DEPROBLEMASAs leis das transformaes qumicasNUMRICOS Anlisedimensional Os fatores unitrios A densidade16 18. Generated byFoxit PDF Creator Foxit Software Forevaluation only.A qumica; como cincia, representa uma significativaevoluo humana significativa no s a elegncia da prpria disciplina,mas tambm na sua capacidade em auxiliar na resoluo de muitosproblemas de uma populao burguesa, num mundo de recursos tolimitados. De qualquer forma, este ser o seu primeiro contato comesta importante cincia, e esperamos sinceramente que voc, leitor,ache a qumica interessante, proveitosa e at muito divertida. Nestecaptulo sero mostrados alguns fundamentos. Uma discusso do que aqumica, por que importante e como melhor estud-la. E, como a qumicauma cincia, consideramos, em termos gerais, a natureza dametodologia cientfica. Aps a definio de alguns termos importantes,o captulo ser concludo com alguns tpicos quantitativos, incluindonmeros, unidades e a resoluo de problemas numricos.1.1. QUMICA: OQUE, POR QUE E COMO? As cincias naturais incluem disciplinas queprocuram mostrar um estudo sistemtico da natureza. Entre elascitamos: a fsica, a biologia, a geologia, a astronomia... e aqumica.O QUE QUMICA? A qumica estuda a natureza, as propriedades, acomposio e as transformaes da matria. O campo de interesse eaplicao da qumica to amplo que envolve quase todas as outrascincias; por isso, muitas disciplinas esto interligadas com aqumica, tais como a geoqumica, a astroqumica e a fsico-qumica.PORQUE ESTUDAR QUMICA? H muitas razes que explicam o porqu do estudoda qumica. Do ponto de vista prtico, a qumica ajuda a adquirir umtil discernimento dos problemas da sociedade, com aspectoscientficos e tcnicos. Por exemplo, o que pode ser feito com relao:s influncias da chuva cida no meio ambiente; aos efeitos provocadospelo uso de alguns herbicidas e pesticidas; destruio da camada deoznio, na parte superior da atmosfera; e possvel elevao no nvel dosoceanos provocada pelo aumento da concentrao de dixido de carbono eoutros gases na atmosfera (o chamado efeito "estufa")? prudente ouso dos raios gama na esterilizao de alimentos para o consumohumano? aconselhvel o uso da sacarina como um adoante artificial?Os processos industriais utilizados na manufatura de plsticos,papis, gessos e tintas confirmam uma ameaa ao meio ambiente? Quaisos riscos, se os produtos qumicos esto presentes rios materiais deuso domstico e de consumo, como 17 19. Generated by Foxit PDFCreator Foxit Software For evaluationonly.em detergentes, limpadores de forno, condicionadores de ar,acar refinado, caf sem cafena, alvejantes de roupas,antiperspirantes, ervas daninhas, conservantes de madeira easpirina? Encontrar respostas para tais perguntas uma forma deamenizar o "peso" ocasionado pelo conhecimento qumico. A qumicaatua como um instrumento prtico para o conhecimento e a resoluo deproblemas em muitas reas de atuao da vida humana. usada rotineira eextensivamente em engenharia, agricultura, silvicultura,oceanografia, fsica, biologia, medicina, tecnologia de recursosambientais, nutrio, odontologia, metalurgia, eletrnica, cinciaespacial, tecnologia fotogrfica e em inmeros outros campos. Algumaspessoas estudam qumica simplesmente para satisfazer suascuriosidades naturais a respeito da realidade fsica. Elas estudamqumica por gosto prprio, devido ao que se revela sobre a naturezado universo e do nosso pequeno mundo, a Terra. Estudar ocomportamento qumico da matria pode ser um interessante passatempoque, algumas vezes, conduz a uma vocao recompensadora.COMO ESTUDARQUMICA As tcnicas de estudo so muito individuais, e fornecer umponto de referncia de como estudar qumica (ou alguma outradisciplina) arriscado. Um mtodo de estudo satisfatrio, para umapessoa pode ser inconveniente para outra. Entretanto, considere asseguintes sugestes que podem ser teis e auxiliares nodesenvolvimento de suas prprias tcnicas de aprendizagem emqumica:1. Leia este livro lenta e cuidadosamente. A velocidade deleitura pode ser uma virtude, mas no provavelmente uma boa idiapara este livro. No se apresse, utilize o tempo que fornecessrio.2. Responda s perguntas e resolva os problemas que seencontram no final de cada captulo. De qualquer forma eles sopropostos pelo seu professor. Cada bloco no deve ser consideradocomo um apndice opcional extra, porm como parte integrante docaptulo. Os problemas foram preparados para auxili-lo noaprendizado, e no simplesmente para testar o seu progresso. Aresoluo dos problemas absolutamente essencial. Para aprenderqumica, em primeiro lugar deve-se tentar a resoluo dos problemas, eno apenas l-los ou escut-los.18 20. Generated by Foxit PDF CreatorFoxit Software For evaluation only.3.Estude criticamente e monitore seu prprio processo de aprendizagem.Ao ler os enunciados neste livro, questione-os. Verifique serealmente voc entende a palavra, a frase, o pargrafo e a seo. Ento,se a resposta for "no", empenhe-se um pouco mais. Ao perceber que osignificado de um termo lhe parece vago ou no muito claro, consulteo Glossrio ou o ndice Analtico, assim aprender a us-losrotineiramente. Finalmente, dever estar pronto parainter-relacionaras informaes. Com certeza esta forma de estudodemorada, mas funciona.4. Em todo o livro h exemplos de problemasnumricos resolvidos. No ignore estas resolues. Os problemasresolvidos permitem o entendimento de importantes conceitosqumicos, e pode-se aprender muito mais com as resolues do que com aleitura de pginas e pginas escritas. Segue-se a estes exemplos umsegundo problema similar ao primeiro, com a resposta. No o ignore,tente resolv-lo sozinho.5. No se intimide perante termos econceitos que primeira vista parecem estranhos. Na maior parte dasvezes "estranho" significa apenas no-familiar; d a si prprio umcerto tempo para familiarizar-se com as novas idias. Em breve vocestar pensando, conversando e escrevendo sobre orbitais, ligantes etetraedros (ou voc j os conhece?), assim como voc faz com mas,elefantes e videocassetes.1.2 A METODOLOGIA CIENTFICA. O processode aquisio do conhecimento cientfico freqentemente atribudo aomtodo cientfico, fundamento de toda a cincia.OBSERVAES E DADOS Oprocesso cientfico iniciado com observaes. Embora estas sejamalgumas vezes acidentais, so normalmente realizadas sob condiesrigorosamente controladas no laboratrio. As observaes podem serqualitativas - tem relao com a natureza ou qualidade de algumacoisa, sem considerar a quantidade- (pode-se observar, por exemplo,que a cor de uma certa rosa simplesmente vermelha) ou quantitativas- tem relao com a quantidade de alguma coisa, expressanumericamente (pode-se usar um instrumento para obter um valornumrico do comprimento de onda da luz refletida nas ptalas derosa). (Ver a Seo 5.4.)19 21. Generated by Foxit PDF Creator FoxitSoftware For evaluation only.Osregistros das observaes so chamados dados. Dados de observaesquantitativas so freqentemente colocados em tabelas numricas epodem ser representados em grficos ou por relaes matemticas.LEISAnlises cuidadosas dos dados cientficos algumas vezes revelamsimilaridades, regularidades ou coerncias, que podem ser resumidasem uma generalizao conhecida como lei natural, ou simplesmente 'umalei. Considere um exemplo: sculos atrs, o cientista britnico RobertBoyle estudou o comportamento do volume de uma amostra de gs, emresposta a uma alterao na presso do gs quando este mantido atemperatura constante. A Tabela 1.1 mostra os resultados de algumasmedidas semelhantes quelas feitas por Boyle. Quando observamos osnmeros da tabela, percebemos que o produto da presso do gs vezes oseu volume tem sempre o mesmo valor, como mostra a coluna do ladodireito. Usando dados de um grande nmero de experimentos paradiferentes gases, Boyle concluiu que para uma amostra de qualquergs, mantida a determinada temperatura.PressoxVolume =ConstanteEstaconcluso uma generalizao que resume os resultados, de muitasmedidas experimentais de gases, e conhecida atualmente como lei deBoyle. (H um estudo pormenorizado do comportamento dos gases noCaptulo 4.).TEORIAS A curiosidade uma caracterstica humana natural,e assim dados e leis conduzem pergunta: "Por qu?". Por exemplo,desejamos saber por que os gases comportam-se de um certo modo. Porque o produto presso volume para os gases, em certas condies, temsempre o mesmo valor?Respostas ou explicaes oferecidas para taisperguntas so 20 22. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.denominadasteorias. No caso de tentativas de respostas ou explicaes, temoshipteses. (Estes dois termos, teoria e hiptese, confundem-se emsignificado, no havendo significativa distino entre ambos.). Asteorias so as chaves para o progresso cientfico. Cada uma delas umatentativa para explicar o comportamento observado em termos de ummodelo, coisas que nos so familiares e cujo comportamento poderemosanalisar e compreender. Por exemplo, veremos no Captulo 4 que a leide Boyle pode ser explicada com base em uma teoria conhecida como ateoria cintico-molecular. Esta teoria prope a visualizao do gs,como sendo constitudo por pequeninas e inmeras partculas, asmolculas, que esto bastante distanciadas, mas em um movimentocontnuo, rpido e ocasional, chocando-se freqentemente entre si ecom as paredes do recipiente que contm o gs. As molculasassemelham-se a um grupo de bolas de bilhar, com movimentos aoacaso e rpidos na superfcie de uma mesa de bilhar, excetuandose ofato de que as bolas de bilhar movem-se em apenas duas dimensessobre a mesa. No Captulo 4 veremos como este modelo de "bola debilhar" pode ser til na compreenso de porqu, temperatura constante,o produto presso-volume de uma amostra de gs invarivel. O sucessode uma teoria est na habilidade em sugerir novas propriedades oucomportamentos que no foram anteriormente observados. Em outraspalavras, a teoria usada para previses, que podem ser testadas,posteriormente, por meio de novas experincias. Se os novosexperimentos concordam com as observaes baseadas na teoria, esta setoma ainda mais confivel, caso contrrio, poderemos tentarmodific-la, ou talvez abandon-la inteiramente e procurar uma nova,mais coerente. A teoria cintico-molecular, mencionadaanteriormente, uma teoria bem-sucedida. No Captulo 4 veremos quepossvel utiliz-la para prever muitos aspectos do comportamento dosgases, e como estas previses so verificadas experimentalmente;pode-se depositar um alto grau de confiana na teoria, utilizando-acom vrios propsitos. Os dados obtidos de novos experimentossugeridos pelas teorias conduzem o mtodo cientfico a um ciclofechado e repetitivo: novas observaes so realizadas, novos dados socoletados, novas teorias so geradas, etc. O mtodo cientficoconstitui um processo lgico para a compreenso da natureza. Ele estresumido na Figura 1.1.21 23. Generated by Foxit PDF Creator FoxitSoftware For evaluation only.Figura1.1 A aquisio do conhecimento cientfico: um ciclo repetitivo.Pormais consistente que seja um modelo terico, no devemos esquecer queapenas um modelo idealizado por seres humanos. Ainda que uma teoriapossa explicar satisfatoriamente um comportamento por meio deobservaes, somente um modelo, e no se pode afirmar que retratefielmente a realidade. No caso da teoria cintico-molecular, emboraas evidncias sejam favorveis existncia de molculas, ainda no podeser comprovado, com absoluta certeza, que elas realmente existem.Entretanto, os apoios experimentais para a teoria cintico-molecularso to rgidos a ponto de podermos considerar que elas realmenteexistem. Embora a distino entre o modelo terico e a realidade tendaa esvaecer-se com os anos, importante manter a mente aberta erelembrar que qualquer teoria slida somente uma criao humana e podeser algum dia superada. A teoria a nossa descrio da realidade e noa realidade propriamente dita.1.3 A MATRIA Matria "essncia" - estano uma definio muito sofisticada, mas um meio para introduzir aidia de que a matria tem existncia fsica real. dito com freqnciaque matria tudo que tem massa e ocupa espao. O conceito de algoocupando espao no causa dificuldade, mas o que massa?22 24.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.MASSA, INRCIA EPESO. A massa de um objeto uma medida numrica direta da quantidadede matria do objeto. Um balde cheio de chumbo tem uma massa maiordo que o mesmo balde cheio de gua; isso significa que o balde comchumbo tem mais matria do que o balde com gua. A massa de um objetopode ser determinada pela medida de sua inrcia. Inrcia a resistnciade um objeto a um esforo realizado para modificar o seu estado demovimento. Um objeto em repouso tende a permanecer em repouso, e umobjeto em movimento tende a permanecer em movimento na mesmavelocidade e na mesma direo. (Esta a primeira lei do movimento deNewton). Considere uma ilustrao: ao chutar um balde cheio de gua,provavelmente voc o empurraria, mas no caso de um balde com chumboo efeito provocado seria pequeno, exceto pelo fato de que a pontado seu p ficaria certamente dolorida. Isto porque um balde comchumbo tem uma maior massa (contm mais matria) e tem uma maiorinrcia (resistncia ao movimento) do que o mesmo balde com gua.Outro exemplo: a velocidade e a trajetria de uma bola de golfearremessada para uma janela de vidro no sofreria modificao,estilhaaria o vidro. Mas uma bola de pingue-pongue arremessada auma mesma velocidade sofre uma grande mudana na direo,ricocheteando no vidro. Uma bola de golfe tem mais inrcia do queuma bola de pingue-pongue, porque tem mais matria ("essncia"). Amassa de uma bola de golfe maior do que a da bola de pingue-pongue.No laboratrio a massa de um objeto , geralmente, determinada pelacomparao da massa do objeto com outro objeto (ou jogo de objetos)de massa conhecida. A balana qumica ou analtica comumente utilizadapara tal comparao, e na balana qumica moderna a comparao de massasno , em geral, visvel, pois est oculta no interior da balana eraramente manipulada. A comparao de massas , freqentemente, chamadade "pesagem", devido ao longo e infeliz uso errado da palavra. (Vera seguir.). Outra propriedade que determinada pela massa de umobjeto o seu peso. No planeta Terra, o peso de um objeto a foragravitacional que atrai o objeto para a Terra, e esta depende damassa do objeto e de dois outros fatores: (l) a massa da Terra e(2) a distncia entre o objeto e o centro da Terra (centro demassa). O peso de um dado objeto maior no Plo Norte ou no Plo Suldo que na linha do Equador. A Terra um pouco achatada, e por estemotivo os plos esto mais prximos do centro da Terra do que qualquerponto da linha do Equador. Finalmente, o peso de um objeto maior aonvel do mar do que no topo do Monte Everest.23 25. Generated byFoxit PDF Creator Foxit Software Forevaluation only.Diferentemente do peso, a massa de um objeto no sealtera de um local para, outro, pois a quantidade de matriapermanece constante. Neste livro, no ser usada a quantidadepeso.Comentrios Adicionais Algumas pessoas tm dificuldade emconceituar massa e com certa razo, porque habitualmente o uso dapalavra pode ter vrios significados, que vo desde algo de grandeporte ("uma massa de neve"), at algo grande em nmero ("uma massapopulacional"). Observe que o significado cientfico da palavradifere destes citados. Massa a medida de uma quantidade dematria.SUBSTNCIAS PURAS E MISTURAS Uma substncia pura exatamente oque o termo indica: uma nica substncia com composio caracterstica edefinida e com um conjunto definido de propriedades. Exemplos desubstncias puras so: a gua, o sal, o ferro, o acar comestvel e ooxignio. A mistura consiste em duas ou mais substncias fisicamente,misturadas. Algumas vezes, a mistura pode ser identificada porsimples observao visual. O granito, por exemplo, uma rochaconstituda por uma mistura de grnulos de quartzo branco, mica pretae feldspato rosa e, algumas vezes, de outros minrios. Oscomponentes individuais do granito podem, em geral, ser vistos a"olho nu". Outras misturas requerem o uso de lupas ou microscpiospara a individualizao de seus componentes. Algumas misturas soainda mais difceis de serem caracterizadas: a gua salgada, porexemplo, uma mistura de sal em gua, mas aparenta ser gua pura.importante destacar que a mistura pode ser preparada com vriascomposies. A composio de sal em gua, citada como exemplo, dependeda quantidade relativa de sal e de gua usada na sua preparao. Aspropriedades (ponto de congelamento, ponto de ebulio etc.) de talmistura sero diferentes daquelas dos componentes e dependem dacomposio da mistura. Por exemplo, se modificarmos a composio de umamistura de sal em gua pela adio de mais sal, o ponto decongelamento da mistura diminuir. Outros exemplos de misturas so: oleite, a madeira, o concreto, o leo de motor, o batom, o ar e umelefante.OS ESTADOS DA MATERIA A matria pode existir em trsestados: slido, lquido e gs. Um slido conserva o seu volume e a suaforma, os quais so, portanto, independentes do tamanho e da formado 24 26. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.recipiente quecontm o slido. Um lquido conserva seu volume, mas adquire a formade seus recipientes. Tanto o volume como a forma dos gases sovariveis, assim os gases se expandem e adquirem a forma dorecipiente em que so colocados. Os gases e os lquidos apresentam,ainda, 'uma capacidade de fluir, denominada fluidez, e por isso sochamados fluidos.ELEMENTOS E COMPOSTOS H duas espcies de substnciaspuras: os elementos e os compostos. Um elemento uma substnciasimples, fundamental e elementar. So elementos: o sdio, o cloro, ohidrognio, o oxignio, o ferro, o carbono e o urnio. Um elemento nopode ser separado ou decomposto em substncias mais simples. (Apalavra "elemento" significa "o mais elementar", ou "o maissimples"). Atualmente so conhecidos 109 elementos, dos quais 90ocorrem naturalmente na Terra. (Os demais tm sido sintetizados emaceleradores de partculas de alta energia.) . Os elementos podemser representados por uma abreviao designada por smbolo qumico.Esta consiste em uma, duas, ou ocasionalmente trs letras retiradasdo nome do elemento, geralmente em portugus, porm s vezes de outraslnguas, quase sempre latim. A primeira letra de um smbolo qumicosempre maiscula e as letras subseqentes so sempre minsculas. Algunssmbolos e os elementos que eles representam so exemplificados naTabela 1.2. Compostos so constitudos ("compostos") de dois ou maiselementos combinados em uma relao definida e, assim, so substnciasmais complexas do que os elementos. Diferentemente das solues, oscompostos tm composio definida. Exemplos de compostos: o sal decozinha (cujo nome qumico cloreto de sdio) composto pelos:elementos sdio e cloro; a gua, composta por hidrognio e oxignio; eo dixido de carbono, composto por carbono e oxignio. Os compostospodem ser decompostos (separados) em seus elementos constituintes,embora, em alguns casos, este processo possa ser complicado. Porexemplo, o cloreto de sdio pode ser decomposto em sdio e cloro.Como mencionado, cada componente tem uma composio definida. Nocaso, o cloreto de sdio sempre constitudo por 39,34% de sdio e60,66% de cloro. (Nota: independentemente da procedncia e damaneira de preparao, estas percentagens so expressas em massa, oque significa que, em cada 100,00 gramas de cloreto de sdio, 39,34gramas so de sdio e 60,66 gramas so de cloro; o grama uma unidadede massa que ser introduzida na Seo 1.7.).25 27. Generated by FoxitPDF Creator Foxit Software Forevaluation only.Assim como os elementos so representados porsmbolos, os compostos so representados por frmulas qumicas. Afrmula de um composto a combinao dos smbolos de seus elementos.Ento, NaCl, H2O e CO2 representam o cloreto de sdio, a gua e odixido de carbono, respectivamente. No Captulo 2 sero discutidos ossignificados das frmulas qumicas e de seus ndices numricos.FASES Afase definida como sendo uma regio distinta, na qual todas aspropriedades so as mesmas. Em uma amostra de gua pura h uma s fase,porque em qualquer poro da amostra todas as propriedades soidnticas. Um sistema (poro do Universo que est sob observao)constitudo de gua lquida e um ou mais cubos de gelo tem duas fases:a fase gelo e a fase lquida. (No importa o nmero de cubos de gelo;doze cubos, por exemplo, constituem uma s fase: gelo.) Quando o leoadicionado gua lquida, o leo flutua na superfcie da gua e o sistemaresultante tem duas fases: leo e gua. Entretanto, a gua e o lcoolso miscveis e a sua mistura monofsica: uma mistura uniforme elquida de gua e lcool. As fases podem ser: slida, lquida ou gasosa.Quase todas as combinaes destas fases so possveis, exceto quando dapresena de uma nica fase gasosa. (Os gases misturam-secompletamente, constituindo, ento, uma nica fase.) A Figura 1.2exemplifica diversos sistemas com vrios nmeros de fases.26 28.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.MISTURAS HOMOGNEASE HETEROGNEAS As misturas so classificadas em homogneas eheterogneas. A mistura homognea apresenta uma nica fase. Soexemplos de misturas homogneas: a gua salgada, a gasolina, o ar, ovinagre e os vidros de janelas. A mistura homognea , usualmente,chamada de soluo. Uma soluo pode ser slida, lquida ou gasosa. Oscomponentes (elementos ou compostos) das solues podem estarpresentes em qualquer nmero. As misturas no apresentam uma composionica. Por exemplo, uma soluo de gua e lcool pode ter uma composiovarivel de 99,9999 % de gua at 99,9999 % de lcool. Nem sempre assolues podem ser preparadas com qualquer composio: s vezes, avariao de suas composies limitada. Em outras palavras, as solues notm composies fixas, como as dos compostos. Os componentes de umasoluo podem ser separados por processos fsicos, isto , sem o uso dereaes qumicas. (Ver Seo 1.4.). A distino entre uma soluo e umasubstncia pura, no laboratrio, feita pela medida da temperatura nasrespectivas mudanas de estado. Uma substncia pura, tal como a gua,ferve a temperatura constante. Por outro lado, o ponto de ebulio deuma soluo 27 29. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.lquida, porexemplo, gua salgada, aumenta gradualmente. Isto ocorre porque oponto de ebulio da soluo depende da sua composio, e quanto maiorfor a concentrao de substncia dissolvida (sal, no exemplo citado),maior ser o ponto de ebulio. Quando a: soluo fervida, a gua seevapora e a concentrao do sal na soluo remanescente aumentaconseqentemente. A Figura 1.3 mostra a variao do ponto de ebulio dagua pura e da soluo de gua salgada. A Figura 1.4 ilustra umamaneira de classificar as diferentes formas da matria.ComentriosAdicionais Neste ponto, as diferenas existentes entre um composto euma soluo podem ainda no estar muito ntidas para voc, mas saiba queambos os conceitos so mais complexos do que o dos elementos. Aformao de um composto a partir de seus elementos uma transformaomais significativa do que a formao de uma soluo a partir de seuscomponentes. A formao da soluo apenas uma transformao fsica,enquanto a formao de um composto envolve uma reao qumica, (Ver Seo1.4.) Areao qumica resulta na formao de novas substncias. Com aocorrncia da reao qumica, modificaes notveis algumas vezes podemser observadas na aparncia (cor, forma, textura etc.) do sistema,podendo haver considervel liberao ou absoro de certa quantidade de28 30. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.energia. Por outrolado, a formao de uma soluo um processo mais simples. Entretanto,nem sempre estas diferenas podem ser utilizadas como "regrarigorosa e rpida", pois h excees. Contudo, aconselhvel ter em menteque a formao de um composto, frequentemente, envolve alteraes maisfundamentais nas propriedades e nas estruturas do que a formao deuma soluo.1.4 AS TRANSFORMAES DA MATRIA As transformaes da matriaso classificadas em fsicas e qumicas.AS TRANSFORMAES FSICAS Astransformaes fsicas no alteram a identidade das substncias. Asmudanas de estado so exemplos deste tipo de transformaes. O ferrofundido, por exemplo, ainda ferro. A gua gelada, o gelo, gua, masno estado slido. Um pedao de fio de cobre pode ser dobrado e no setransforma em outra substncia, podendo at ser finamente dividido emgrnulos de p. Estes so exemplos de transformaes fsicas.ASTRANSFORMAES QUMICAS As transformaes qumicas so mais significativasou fundamentais do que as transformaes fsicas. Nestas transformaes,substncias so destrudas e outras, novas, so formadas. A exposio deum prego de ferro ao ar livre e chuva, causa uma transformaoqumica, porque o ferro combinado quimicamente ao oxignio e gua daatmosfera. Se esta exposio for longa, este desaparece e em seulugar encontrada uma nova substncia, a ferrugem. As transformaesqumicas so denominadas reaes qumicas. As substncias que desaparecemdurante estas transformaes so chamadas reagentes, e aquelasformadas so chamadas 'de produtos. Outros exemplos de transformaesqumicas so: a queima da madeira, a acidez do leite, a exploso dedinamite, o cozimento do po e o processo a que chamamos vida.ASLEIS DAS TRANSFORMAES QUMICAS A observao de muitas reaes qumicas aolongo do tempo revelou um certo nmero de consistncias conhecidaspor leis das transformaes qumicas. A primeira destas leis foienunciada por um qumico francs, A.L. Lavoisier, em 1774, e agoradenominada lei da conservao da massa. Esta lei estabelece quedurante uma transformao qumica no mensurvel o ganho ou a perda demassa; isto , soma das massas dos produtos igual 29 31. Generatedby Foxit PDF Creator Foxit Software evaluation only.soma das massas dos reagentes. O enunciadorazovel porque nas reaes qumicas no h destruio nem criao de matria,apenas a transformao.Exemplo 1.1 Quando o composto calcrio(carbonato de clcio) aquecido, decompe-se na forma de cal viva(xido de clcio) e no gs dixido de carbono. Supondo que 40,0 g decalcrio decomposto, restando 22,4 g de cal viva, quanto dixido decarbono formado? (Nota: neste exemplo novamente usado o grama,abreviao g, uma unidade de massa. Esta e outras unidades serodiscutidas na Seo 1.7.).Soluo: A lei da conservao da massa para umareao qumica. calcriocal viva + dixido de carbononos diz que nenhumavariao ocorre na massa total. Isto significa que a massa do calcriodecomposto igual soma das massas dos dois produtos. Assim, podemosescrever: massa calcrio = massa cal viva + massa dixido de carbonoento, massa dixido de carbono = massa calcrio massa cal viva = 40,0g - 22,4 g = 17,6 g de dixido de carbonoProblema Paralelo: O ferrocombina-se com o oxignio para formar o composto xido de ferro. Se14,3g de xido de ferro so formados na reao, usando-se 10,0g deferro quanto oxignio necessrio? Resposta: 4,3 g.A segunda, lei dastransformaes qumicas a lei da composio definida, tambm conhecidacomo lei da composio constante ou lei das propores definidas. Estalei descreve a mais importante propriedade de um composto, suacomposio fixa: Cada componente de um composto tem sua composio emmassa, definida e caracterstica. Por exemplo, em uma amostra decloreto de sdio, 39,44% da massa total sdio e , 60,66%cloro.Similarmente, a gua sempre consiste em 11,19% de hidrognio e88,91% de oxignio, em massa. A Figura 1.5 ilustra o fato de no serpossvel "forar" um composto a ter diferentes composies pelacombinao de diferentes quantidades de seus elementos constituintes.Se a quantidade de um elemento maior do que a necessria para acombinao comum segundo 30 32. Generated by Foxit PDF Creator FoxitSoftware For evaluation only.elemento,aps a formao do composto certa quantidade do primeiro elementopermanecer inalterada. ( dito que est em excesso.) Em cada um dostrs casos mostrados na Figura 1.5, a composio do composto a mesma,25% de A e 75% de B.Exemplo 1.2 Os elementos magnsio (Mg) e bromo(Br) combinam-se para formar o composto brometo de magnsio. Em umexperimento, 6,00 g de Mg foram misturadas com 35,0 g de Br. Aps areao observou-se que, embora todo o Br tenha reagido, 0,70 g de Mgpermaneceu em excesso. Qual a composio percentual, em massa, dobrometo de magnsio?Soluo: Massa do bromo usada = 35,0 g Massa domagnsio usada = 6,00 g - 0,70 g = 5,30 g Massa do composto formado= 35,0 g + 5,30g = 40,3 g % Mg = massa de Mg x 100 massa docomposto = 5,30g x 100 = 13,2% 40,3g%Br = 35,0 g 40,3 gx 100 =86,8%Problema Paralelo: Os elementos ferro (Fe) e cloro (Cl)combinam-se para formar cloreto de ferro. Em um experimento, 1,25gde Fe foram misturados a 2,50 g de Cl e a reao teve incio. A seguirencontrou-se cloreto de ferro, juntamente com 0,12 g de cloronoreagente. Qual a composio percentual, em massa, do cloreto deferro? Resposta: 34,4% Fe, 65,6% Cl.31 33. Generated by Foxit PDFCreator Foxit Software For evaluationonly.1.5 A ENERGIA A energia, como a matria, um termo fundamental,comumente usado e de difcil definio. geralmente dito que energia ahabilidade ou capacidade de produzir trabalho. H muitas formas deenergia, por exemplo: mecnica, eltrica, calor, nuclear, qumica eradiante, todas interconversveis. Mas o que trabalho?Considerando-se apenas o trabalho mecnico, podemos dizer que esterealizado quando um objeto movimentado contra uma fora de oposio.Por exemplo, ao levantarmos um livro de uma mesa, realizamos umtrabalho sobre o livro, porque o deslocamos contra a fora de oposioda gravidade. H outras formas de trabalho, que so igualmentedefinidas.A ENERGIA MECNICA Energia mecnica a energia que um objetopossui devido a seu movimento ou a sua posio. A energia demovimento chamada energia cintica. Por exemplo, a energia cinticado movimento de um basto de beisebol a habilidade do basto realizartrabalho na conduo da bola de beisebol no ar, contra a fora dagravidade. A energia cintica (Ek) de um objeto em movimento dependeda massa do objeto (m) e de sua velocidade (v), do seguinte modo:Ek = mv2 2 Portanto, se dois objetos tm a mesma massa, movimenta-semais rapidamente o de maior energia cintica, e se dois objetosmovimentam-se com a mesma velocidade, o de maior massa tem maiorenergia cintica.Comentrios Adicionais Pense a respeito: Vocpreferiria ser atingido por uma: bola de golfe se movendo rpida oulentamente? Por uma bola de golfe ou uma bala de canho se movendomesma velocidade?Uma segunda forma de energia a energia potencial.A energia potencial mecnica a energia que depende da posio doobjeto, e no do seu movimento. Os objetos "adquirem" energiapotencial ou cintica (ou ambas) quando realizado trabalho sobreeles. Uma barra de ferro, por exemplo, adquire energia potencialquando levantada contra a fora da gravidade (Figura 1.6a), quandomovimentada contra a fora exercida por uma mola presa (Figura32 34.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.1.6b), ou quandoafastada de um m (Figura 1.6c). Em cada caso, a energia potencialda barra aumenta quanto mais se distancia da fora de oposio. Aenergia potencial (Ep ) que um objeto adquire depende da distncia(d) movida pelo objeto e da forca de oposio (F) ao seu movimento:EP =FdA energia pode ser transformada de uma para outra forma, pormno pode ser criada nem destruda, este o enunciado da lei daconservao de energia. A energia cintica pode ser convertida emenergia potencial e vice-versa (interconverso). Ao levantarmos umobjeto acima da superfcie da Terra contra a fora de oposio dagravidade, sua energia potencial aumenta, e sua distncia, em relaosuperfcie, tambm, Se o objeto abandonado ao solo, sua energiapotencial decresce, assim como a sua distncia em relao superfcie.Mas, simultaneamente, aumenta a energia cintica do objeto, pois suavelocidade aumentada, como um resultado da acelerao do objeto pelaao da fora da gravidade. Em resumo, a energia potencial do objetofoi convertida em energia cintica, Ao atingir o solo, ocorremoutras converses de energia, a energia cintica convertida em calor,som e em outras formas. As converses ocorrem sem nenhuma perda naenergia total.Figura 1.6 Energia potencial. A energia potencial dabarra de ferro aumentada de trs maneiras: (a) pela sua elevaocontra a ao da gravidade, (b) pelo seu movimento contra a foraexercida por uma mola e (c) pela repulso magntica.33 35. Generatedby Foxit PDF Creator Foxit Software evaluation only.As unidades comumente empregadas para expressarquantidades de energia sero introduzidas na Seo 1.7.ComentriosAdicionais Os conceitos de energia cintica e potencial soutilizados em qumica e tambm em toda a cincia. Estes conceitosforam brevemente comentados porque so utilizados na descrio docomportamento de vrias partculas submicroscpicas (molculas, tomos,etc.) constituintes da matria.O CALOR E A TEMPERATURA A distinoentre calor e temperatura importante. Calor (ou energia calorfica)uma forma de energia que diretamente transferida de um objeto maisquente para um mais frio. Tal energia no est na forma de calorantes ou depois da transferncia, somente durante a transferncia. Emoutras palavras, calor energia em trnsito. Aps a absoro de energiacalorfica por um objeto, no correto dizer que o objeto "contm maiscalor". Neste caso, o objeto contm mais energia, mas no calor. Oque acontece com a energia calorfica absorvida por um objeto?Segundo a lei da conservao de energia, a energia total do objetoaumenta. Este aumento pode ocorrer de trs modos: ou as energiascinticas das partculas constituintes do objeto aumentam, ou suasenergias potenciais aumentam, ou ambas aumentam simultaneamente. Atemperatura de um objeto mede a energia cintica mdia de suaspartculas. Quando o calor transferido para um objeto, a energiacintica mdia de suas partculas componentes aumentada, estaspartculas movem-se ento mais rapidamente e a temperatura do objetoaumenta. Algumas vezes, a transferncia de calor para um objeto noprovoca o aumento da temperatura. Isto significa que a energiacintica mdia no est aumentando. Em tal situao, o que ocorreu com aenergia calorfica transferida? Esta energia est aumentando aenergia potencial mdia das partculas do objeto. Isto ocorre quandouma substncia sofre uma mudana de estado. A adio de calor ao gelo a0C, por exemplo, no causa aumento de temperatura (a energia cinticamdia das molculas permanece constante). O gelo funde, contudo,formando gua lquida, ainda a 0C. A energia potencial mdia dasmolculas na gua lquida maior do que a das molculas de gelo, namesma temperatura.34 36. Generated by Foxit PDF Creator FoxitSoftware For evaluation only.ASUNIDADES DE TEMPERATURA Duas escalas de temperatura so muitoutilizadas: a escala Celsius e a escala Fahrenheit. Na escalaCelsius as unidades so denominadas graus Celsius C; nesta escala oponto do congelamento da gua 0C e o ponto de ebulio 100C, sobpresso atmosfrica de 1 atmosfera. Na Amrica de Norte a escalaFahrenheit comumente usada. As unidades nesta escala so os grausFahrenheit (F). Sob presso 1 da atmosfera, a gua congela a 32F eferve a 212F. A converso de graus Fahrenheit para graus Celsiusdada pela expresso:C = 5 (F - 32) 9 No Captulo 4 ser introduzida aterceira e mais' importante escala de temperatura, a escalaKelvin.1.6 OS NMEROS: USOS E EXTRAPOLAES A qumica uma cinciaquantitativa. Muitas relaes qumicas somente so expressassatisfatoriamente em linguagem matemtica. A seguir discutiremoscomo "tratar" os valores numricos obtidos experimentalmente.A NOTAOEXPONENCIAL Alguns nmeros so ou muito grandes ou muito pequenos, demodo que o emprego do sistema decimal usual mostra-se inadequado eincmodo. Por exemplo, no s uma perda de tempo escrever0,0000000000000000000472 como tambm tem-se apenas uma vaga impressodo quanto este nmero pequeno. bem mais conveniente escrever 4,72 x1020. Esta notao conhecida por notao exponencial ou cientfica.Quando a notao exponencial utilizada, o nmero escrito como oproduto de um coeficiente e de um multiplicador. O coeficiente umnmero com apenas um dgito do lado esquerdo da vrgula. Omultiplicador o nmero 10 elevado a alguma potncia. Por exemplo, onmero 9.876.543 em notao exponencial escrito do seguinte modo:9,876543 x 10 6 (coeficiente) x (multiplicador)35 37. Generated byFoxit PDF Creator Foxit Software Forevaluation only.Comentrios Adicionais Muitas calculadoras de bolsono mostram os expoentes como representados anteriormente, masmostram o nmero do exemplo citado, como 9,876543 E6 o uso da notaocientfica neste livro tomar o estudante capaz de converter um nmeropara a (e da) forma exponencial e realizar operaes aritmticas comos nmeros escritos desta forma.MEDIDAS, EXATIDO E PRECISO. Osnmeros podem ser exatos ou aproximados. Nmeros exatos so aquelescom nenhuma incerteza. Por exemplo: o nmero de jogadores de um timede basquetebol (exatamente 5), ou ainda o nmero de esquinasexistentes em um cruzamento de duas ruas (exatamente 4). Em cinciae na vida diria, a maioria dos nmeros encontrados no so exatos.Nmeros aproximados so mais comuns, resultam de medidas diretas ouindiretas e apresentam algum grau de incerteza. Dois so os termosque descrevem a confiana de uma medida numrica: a exatido e apreciso. A exatido relativa ao verdadeiro valor da quantidademedida e a preciso relativa reprodutibilidade do nmero medido. Porexemplo, imagine um lpis de exatamente 22 centmetros. O comprimentodo lpis medido com um dispositivo que permite aproximaes de 0,01cm. Seis medidas foram realizadas separadamente, e o valor mdio foicalculado. Os valores medidos so: 20,14 cm. 20,17 cm 20,12 cm 20,16cm 20,15 cm 20,12 cm Mdia = 20,14 cm Embora estes nmeros oscilem emtorno da mdia, nenhuma medida est prxima do verdadeiro valor docomprimento do lpis (22 cm). Como a reprodutibilidade docomprimento medido (20,14 cm) boa (nenhuma medida difere por maisde 0,03 cm do valor mdio), sua preciso considerada alta. Mas osnmeros individuais (e sua mdia) no esto prximos do verdadeirocomprimento do lpis, e, portanto a exatido do resultado consideradabaixa. Exatido e preciso em nmeros so comparveis exatido e precisoquando se tem uma srie de projteis atirados em um alvo (ver Figura1.7). A alta preciso ilustrada pela 36 38. Generated by Foxit PDFCreator Foxit Software For evaluationonly.proximidade de um grupo de tiros no alvo. A alta exatidorepresentada pelo agrupamento centralizado de tiros ao redor docentro do alvo.Figura 1.7 Preciso e exatido em um jogo de tiro aoalvo: (a) baixa preciso, baixa exatido; (b) alta preciso, baixaexatido; (c) alta preciso, alta exatido; (d) baixa preciso(acidental?), alta exatido.OS ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS Um mtodoconveniente para expressar a preciso de um nmero aquele em que onmero de algarismos significativos do nmero indica a precisorelativa do prprio nmero. Como exemplo, imagine voc medindo ocomprimento de um lpis com o uso de uma rgua. Voc experiente emmedidas com rgua, e cuidadoso. Numa das extremidades do lpis vocdemarcou o zero e observou que a "medida at a outra extremidade estcompreendida entre duas graduaes da rgua, 20,1 cm e 20,2cm. Nadeterminao de uma medida prudente obter e registrar o maior nmerode dgitos que o dispositivo e o mtodo de medida permitirem.Portanto, o ltimo dgito deve ser encontrado. Na tentativa de mediro comprimento do lpis com a maior preciso possvel, voc verificouque a ponta do lpis est localizada cerca de quatro dcimos entre20,1 e 20,2, ou seja, a 20,14 cm. O nmero obtido 37 39. Generatedby Foxit PDF Creator Foxit Software evaluation only.tem quatro algarismos significativos. Em geral,quanto mais algarismos significativos estiverem presentes em umnmero, maior ser a sua preciso. Algarismos significativos ou dgitossignificativos, como tambm so chamados, so dgitos que servem paradeterminar o valor (tamanho) do nmero, e no para indicar meramentea posio da vrgula no nmero decimal. Quando um nmero escritocorretamente, o ltimo algarismo significativo ( direita) aquele quepode apresentar uma certa incerteza ou dvida. (Os dgitosposteriores a este nmero no so mostrados porque so completamentedesconhecidos). Quando voc expressou o comprimento do lpis comosendo de 20,14 cm, a incerteza est no valor do ltimo nmero,avaliado como aproximadamente 4. Na determinao do nmero dealgarismos significativos de um nmero, seus dgitos so contados,inicialmente pelo primeiro dgito diferente de zero esquerda. Porexemplo:NmeroNmero de algarismos significativos717,427,4137,4144Oszeros terminais posteriores vrgula so contados como algarismossignificativos, assim como os zeros do interior do nmero:NmeroNmerode algarismossignificativos7,4037,0437,000457,040057,00005700,045Quando osdgitos no so algarismos significativos? Os zeros usados em nmerosmenores do que um com a nica finalidade de posicionar a vrgula eaqueles zeros que algumas vezes so colocados esquerda da vrgula dosmesmos nmeros (como no nmero 0,4) no so algarismos significativos.Por exemplo:38 40. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.NmeroNmero dealgarismossignificativos,00710,00710,0074630,0000710,007003700,0076Quando umnmero escrito em notao exponencial, seu nmero de algarismossignificativos determinado somente pelos dgitos do coeficiente.Exemplo: NmeroNmero de algarismos significativos7 x 10-3 7,46 x 107 x 101 -3-57,00 x 103 1-37,00007 x 1023 6(Compare estes nmeros comseus equivalentes escritos convencionalmente na lista anterior) Umproblema especial surge com uma outra espcie de nmeros, os queterminam com zero. Considere o nmero "vinte e sete mil". Este nmero(sem o uso da notao exponencial) escrito, certamente, como 27.000.A questo : so estes zeros significativos ou no? Se 27.000 expressocom aproximao at mil, ento, como ele tem dois algarismossignificativos (o 2 e o 7), os zeros servem apenas para posicionaro ponto e no so significativos. Se, por outro lado, ele expressocom aproximao at cem, ento ele tem trs algarismos significativos: o2, o 7 e o primeiro zero. Somente olhando para "27.000" no temosuma indicao da preciso do nmero. O nmero pode ser expresso comaproximao de mil, cem, dez ou de unidades. A sada para o problemaconsiste em escrever o nmero de forma exponencial. Ento, o nmero dealgarismos significativos mostrado no prprio nmero. Por exemplo:3941. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.NmeroNmero dealgarismos significativos27.000 2,7 x 10? 42,70 x 102 42,700 x 103442,7000 x 1045A PRECISO EM CLCULOS ARITMTICOS: ADIO E SUBTRAO Emoperaes matemticas importante que cada resultado seja expresso como nmero exato de algarismos significativos. Isto significa que umresultado calculado no deve expressar uma preciso maior ou menor doque a especificada pelos nmeros usados para o clculo. Tal pretensoassegurada com o uso de duas regras. A primeira delas, a regra daadio-subtrao, enfatiza o nmero de dgitos direita da vrgula do nmerodecimal.Comentrios Adicionais Para um nmero como 27.000, um mtodoque poderia ser usado para mostrar que um zero significativo seriasimplesmente sublinh-lo. Desse modo, ento, 27.000 tem cincoalgarismos significativos e 27.000 apenas dois. (Um mtodosemelhante usa a sobrelinha, em vez da sublinha.) Esta no umaprtica universal e no ser usada neste livro. De preferncia,usaremos a notao exponencial.Regra de Adio-Subtrao: No uso destasduas operaes aritmticas, o nmero de dgitos direita da vrgula noresultado calculado deve ser o mesmo do nmero com menos dgitos dosnmeros somados ou subtrados:Considere o seguinte exemplo: Umaamostra de acar de 11,51 g de massa colocada em um recipiente de137 g de massa. Qual a massa total?A resposta :Massa de acar 11,51g Massa do recipiente 137, g Massa total 149, g Uma vez que a massado recipiente expressa somente com aproximao de grama (no h dgitosdireita da vrgula), a massa total expressa de modo similar, isto ,com 40 42. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.aproximao degrama. (Veja de um outro modo: no h dgitos para serem adicionadosao 5 e ao 1 do primeiro nmero.) Um exame mais detalhado da adio doexemplo anterior mostra que houve um arredondamento. Oarredondamento pode ser feito de dois modos: o nmero 11,51arredondado antes da adio: 11,51 137,12, 137, 149,Ou zeros soadicionados ao nmero 137, e o resultado arredondado aps a adio:11,51 13711,51 137,00 148,51149Os dois procedimentos conduzem,geralmente, a resultados idnticos; alguma pequena diferena pode serencontrada no ltimo algarismo significativo, o incerto. Observe quea adio de zeros aps a vrgula arbitrria, e mesmo quando feita, oszeros no so algarismos significativos. Em vez de zeros, pontos deinterrogao (??) poderiam ser usados: 11,51 137,11,51 137,??149,??149OS ARREDONDAMENTOS A reduo do nmero de dgitos de um nmeropor um arredondamento obedece s seguintes regras: (1) Se o dgito aser eliminado maior do que 5, o dgito precedente aumentado de umaunidade (27,76 arredondado para 27,8); (2) Se o dgito a sereliminado menor do que 5, o dgito precedente mantido (27,74arredondado para 27,7). E o nmero de final 5, como arredondado? Onmero 27,75 exatamente a metade entre 27,7 e 27,8. Uma prticacomum, s vezes arbitrria, a da manuteno do ltimo dgito, quando forum nmero par. Ento, o arredondamento para trs dgitos de 27,75 paracima, 27,8, mas de 27,65 para baixo, 27,6.Comentrios Adicionais Aeliminao de dgitos por arredondamento ocorre em uma nica etapa, eno por estgios. O arredondamento do nmero 3,457 para um algarismosignificativo 3. 041 43. Generated by Foxit PDF Creator FoxitSoftware For evaluation only.processopor partes (3,4573,463,54) incorreto, pois 3,457 est mais prximode3 do que de 4.A PRECISO EM CLCULOS ARITMTICOS: MULTIPLICAO EDIVISO A regra utilizada diferente da regra da adio-subtrao. Regrada Multiplicao-Diviso: Nestas duas operaes aritmticas, o nmero dealgarismos significativos, no resultado calculado, deve ser o mesmoque o menor nmero de algarismos significativos dos termosmultiplicados ou divididos. A regra ilustrada pelos exemplos: 1,473= 0,57 2,6 No caso, o quociente expresso por dois algarismossignificativos, porque o divisor apresenta somente dois algarismossignificativos: 2 e 6. Outro exemplo: 3,94 x 2,122345 = 8,36.Nesteproduto, o nmero de algarismos significativos do resultado limitadopelo nmero de algarismos, significativos do primeiro termo, 3,94.Veja a seguir: 9 x 0,00043 = 0,004Para este exemplo, o produtoapresenta um algarismo significativo, pois o nmero 9 tem somente umalgarismo significativo. Outros Exemplos: 6,734 x 103 = 9,09 x 10-6 7,41 x 10 8 3,6 (7,431 x 108) = 2,7 X 104 1,49 (6,67 x 104)Quando as operaes de adio, subtrao, multiplicao e diviso estiverempresentes em um problema, resolva-as em etapas, atenciosamente,para que o resultado final apresente o nmero correto de algarismossignificativos. Constate voc mesmo:42 44. Generated by Foxit PDFCreator Foxit Software For evaluationonly.(4,28) [60,621 - (606,1 - 598,38)2] = -2 146,7 - (6,67) (1,4)22,8 OUTRAS OPERAES importante atentar para o nmero de algarismossignificativos em todas as operaes numricas. Uma considerao arespeito de logaritmos e antilogaritmos ser dada posteriormente.(Ver o Apndice D.)1.7 AS UNIDADES MTRICAS H muito tempo as unidadesmtricas so empregadas, extensivamente, por todas as cincias, com opropsito de expressar quantidades numricas. Vrios sistemas deunidades mtricas foram em pregados no passado, mas a tendncia atuala do uso de um sistema universal de unidades.AS UNIDADES SI Asunidades SI so as unidades do sistema mtrico unificado usado 'hojeem dia. (SI significa System lnternational d'Units, e a abreviaoadotada em todos os idiomas). O fundamento das unidades SIcompreende o conjunto de sete unidades, conhecidas por unidadesbsicas. Estas so apresentadas na Tabela 1.3. Neste livro usaremoscada uma delas, exceto a unidade candela. Intimamente relacionadass unidades fundamentais SI esto as unidades derivadas. As unidadesderivadas resultam da combinao de duas ou mais unidades bsicas.Exemplos de unidades derivadas so: o metro quadrado (m2), umaunidade de rea, e o metro cbico (m3), uma unidade de volume.Algumas das unidades derivadas tm nomes especiais. A unidade defora, por exemplo, o newton (N). Um newton a fora necessria paraimprimir massa de um quilograma (1 kg) a acelerao (aumento navelocidade) de um metro por segundo a cada segundo (1 m/s2). Comouma unidade derivada, o newton definido em termos de unidadesbsicas:l N = l.kg.m s243 45. Generated by Foxit PDF Creator FoxitSoftware For evaluation only.Tabela1.3 As sete unidades bsicas do SI Nome da unidadeSmboloGrandezaFsicaQuilogramaKgMassaMetromComprimentoSegundosTempoAmpreACorrenteEltricaKelvinKTemperaturaCandelacdIntensidade LuminosamolQuantidadede MatriaMolDe importncia para o qumico a unidade de energia do SIcuja denominao especial joule (J). Um joule a energia gasta quandoa fora de um newton desloca um objeto de um metro na direo da foraaplicada. Esta unidade derivada tambm chamada de newton-metro (Nm). A Tabela 1.4 mostra algumas unidades derivadas do SI. (Veja oApndice B para discusso mais ampla das unidades SI.).Tabela 1.4Algumas unidades derivadas SI. Nome da unidade Metro quadradoSmbolom2Grandeza fsica rea3Metro cbicomMetro porsegundom/sVelocidade2AceleraoMetro por segundo ao quadradoNewtonm/sVolumeN = (kg m/s2)ForaJouleJ = (Nm)EnergiaPascalPa =(N/m2PressoOS MLTIPLOS E OS SUBMLTIPLOS DAS UNIDADES MTRICAS Umadas grandes vantagens do sistema mtrico de unidades que ele umsistema decimal. Isto significa que algumas unidades so mltiplas deoutras e se relacionam por potncias de 10. Por exemplo, a unidadede comprimento, o quilmetro (km) 103 (ou 1.000) vezes maior do quesua unidade bsica, o metro (m). Em outras palavras: 1 km = 1 x103m44 46. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.O prefixo quilo -designa o fator 103, e assim um quilograma equivalente a 103gramas, ou: lkg = l x l03gAlgumas vezes o prefixo no nome daunidade indica que a unidade um submltiplo (uma frao decimal) daunidade da qual derivada. O prefixo mili-, por exemplo, significa10-3 (ou 1/1000). Portanto, 1 milmetro equivalente a 10-3 metro,ou: 1 mm = 1 x 10 -3mA Tabela 1.5 mostra os prefixos mtricos maisusados, e outros podem ser encontrados no Apndice B. Em qumica asunidades SI so usadas na maioria dos casos. Entretanto, algumasoutras unidades so comuns. Por exemplo, duas unidades de volume'mtricas, mas no pertencentes ao SI, so o litro (L) e seusubmltiplo, o mililitro (mL). Embora o litro tenha sido definidocomo o volume ocupado por um quilograma de gua a 3,98C, ele foiredefinido em 1964 como sendo exatamente igual a um decmetro cbico(dm3). (A diferena muito pequena.) Isto significa que, com adefinio, o mililitro idntico ao centmetro cbico (cm3). As unidadesmililitro e litro, freqentemente usadas neste livro, sotradicionais e convenientes para muitas finalidades qumicas.Lembre-se de que: 1 L = 1 dm3e 1 mL = 1 cm345 47. Generated byFoxit PDF Creator Foxit Software Forevaluation only.Tabela 1.5 Prefixos comuns no sistema mtrico.PrefixoAbreviaoSignificado 3Exemplos 1 kilograma = 103 g (1 kg =103 g)Kilok10Decid10 -11 decmetro = 10-1 m (1 dm = 10-1 m)Centic10-21 centmetro = 10-2 m ( 1 cm = 10-2 m)Milim10 -31 milmetro = 10-3m (1 mm = 10 -3 m)10 -61 micrograma = 10-6 g (1 g = 10-6 g)10 -91nanmetro = 10-9 m (1 nm = 10-9 m)Micro NanonA Tabela 1.6 contmequaes que so usadas na converso entre algumas das unidades dosistema mtrico-ingls e ingls-mtrico. Neste livro teremos poucasoportunidades de fazer estas converses, mas se voc estiver maisfamiliarizado com onas, polegadas e quartos (sistema ingls) do quecom gramas, centmetros e litros (sistema decimal), ento tenteassimilar as noes de grandeza das unidades mtricas mais comuns. Comesta finalidade, a Tabela 1.7 pode lhe ser til.1.8 RESOLUO DEPROBLEMAS NUMRICOS Um melhor entendimento sobre os princpiosquantitativos da qumica conseguido no apenas com leituras, mas como seu uso. Em todo o livro h muitos exemplos de problemas qumicos.Acompanhando-os do incio ao fim, evite o recurso da simples 46 48.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.memorizao; em vezdisto, concentre a sua ateno no porqu do uso de cada mtodo, e quala sua aplicao.ANALISE DIMENSIONAL Para a resoluo dos problemasfaremos uma abordagem em que as dimenses de nmeros (unidades), taiscomo centmetros, gramas ou segundos, so tratadas como quantidadesalgbricas. Esta tcnica chamada anlise dimensional. A princpio, umproblema de simples converso de unidades pode ser considerado comouma ilustrao do mtodo. Suponha que desejemos determinar quantaspolegadas so equivalentes a 53,4 cm. Da Tabela 1.6, sabemos que: 1in = 2,54 cmEm outras palavras, h 2,54 cm por polegada. Agora,quantas polegadas h em 53,4 centmetros? Como cada 2,54 centmetrosmedem o comprimento equivalente a 1 polegada, necessitamosencontrar quantos destes segmentos de 2,54 cm equivalem a 53,4 cm.De um outro modo, precisamos encontrar quantas vezes 2,54 divide53,4 cm, ou considerando as unidades quantas vezes 2,54 centmetropor polegada divide 53,4 centmetro. Algebricamente, o problema podeser escrito:53,4cm 2,54 cm = 21,0 in in Observe que as unidades sotratadas como quantidades algbricas, isto : cm = in cm in47 49.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.A conversoconsiste na diviso. A multiplicao conduziria a um resultado errneo:53,4 cm x 2,54 cm = 136 cm2 in in Como a resposta em polegadas, eno em centmetros quadrados por polegada, este fato seria um alertade que esta no a converso correta. Ser cuidadoso, com as unidadesno evita o erro nos clculos aritmticos, mas uma maneira de alert-loquanto a resolues erradas.OS FATORES UNITRIOS Na resoluo deproblemas por meio de anlise dimensional, so usados os fatoresunitrios. O mtodo de uso destes fatores consiste na multiplicao deum nmero por uma relao conhecida, A ttulo de exemplo, resolveremoso problema anterior com o uso dos fatores unitrios. Sabemos que 1polegada e 2,54 centmetros so medidas equivalentes de um mesmocomprimento ou distncia. Ento, 1 in = 2,54 cm48 50. Generated byFoxit PDF Creator Foxit Software Forevaluation only.A diviso de ambos os membros da igualdade por 2,54cm resulta em: l in =1 2,54 cm A relao l in 2,54 cm denominadafator unitrio por ser um fator igual unidade, ou um. (Lembre-se: onumerador, 1 in, e o denominador, 2,54 cm, so medidas equivalentesao mesmo comprimento). Alm disso, qualquer quantidade multiplicadapela unidade fica inalterada. A multiplicao de 53,4cm pelo fatorunitriol in 2,54 cmFornece um comprimento equivalente a 53,4 cm,mas expresso em polegadas:53,4 cm x l in 2,54 cm= 21,0 inNovamente,a unidade cm foi cancelada e a resposta dada em polegadas.Exemplo1.3 Se voc tem 58,0 polegadas de altura, qual a sua altura emcentmetros? Soluo: Partindo-se da relao 2,54 cm = 1 in edividindo-se ambos os membros por 1 in: 2,54 cm = 1 1 inEncontramos um fator unitrio 2,54 cm 1 inAssim, podemos converterpolegadas em centmetros: 58 in x 2,54cm = 147 cm 1 in 49 51.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Se, erroneamente,o fator l in 2,54 cmFosse utilizado, um exame das unidadesrevelaria o erro:58,0 in xl in 2,54 cm= 22,8 in2 cmProblemaParalelo: Se voc mora a 3,25 quilmetros de uma loja prxima, quantasmilhas deve dirigir para ir loja? Resposta: 2,02 mi.Exemplo 1.4Avies a jato freqentemente voam a uma altitude de 8,0 milhas. Aquantos metros esta altitude corresponde? Soluo: Da Tabela 1.6vemos que 1 mi = 1,61 km. Desta informao, encontramos o fatorunitrioQue podemos usar para converter milhas em quilmetros:Agora,para converter quilmetros em metros, necessitamos de outra equao deconverso. Da Tabela 1.5, obtemos:Assim,A ltima converso pode serfeita:50 52. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Observe que asduas converses poderiam ser escritas seqencialmente:ProblemaParalelo: Uma garrafa de bebida comporta 7,50 x 10 2 mL. A quantosquartos este volume corresponde? Resposta: 0,794 qt.Exemplo 1.5 Vocviaja em um carro velocidade de 55 milhas por hora. A quantosmetros por segundo corresponde esta velocidade? Soluo: Nesteexemplo precisamos converter milhas em metros e horas em segundos.As equaes de converso e os fatores unitrios correspondentesso:Usando todos estes fatores de converso seqencialmente,obtemos:Problema Paralelo: Um caracol movimenta-se a 1,00cm/min. Aquanto isto corresponde em ps por dia? Resposta: 47,2 ps/dia.Exemplo 1.6 Um pedao de madeira tem um volume de 4,5 in3. Qual oseu volume em centmetros cbicos? Soluo: Partindo-se da relao 2,54cm = 1 in (Tabela 1.6) e dividindo-se ambos os membros por 1 in,obtemos:51 53. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Como unidades devolume so unidades de comprimento elevadas ao cubo, ento:ouIsto nosd um novo fator unitrio:E, agora, podemos converter polegadascbicas em centmetros cbicos,Problema Paralelo: Uma garrafa contm0,750 litros de leite. A quantas polegadas cbicas corresponde estevolume? Resposta: 45,8 in3.Comentrios Adicionais O uso de fatoresunitrios ou algum outro tipo de anlise dimensional no garante que asua resposta esteja correta. (Mesmo se as unidades pareceremcorretas, voc pode ter cometido um erro aritmtico.) Por outro lado,se as unidades estiverem erradas, considere o fato como um sinal dealerta, pois certamente seu mtodo de resoluo est errado.A DENSIDADEUma das propriedades que caracteriza uma substncia a sua densidade.Devido a sua importncia, e porque os clculos de densidade soexemplos do uso da anlise dimensional, este o momento ideal para adiscusso desta grandeza. A densidade definida como a massa daunidade de volume de uma substncia, ou, simplesmente, massa porunidade de volume. A densidade de um objeto calculada pela divisoda massa do objeto por seu volume, ou:52 54. Generated by Foxit PDFCreator Foxit Software For evaluationonly.Qual o significado desta grandeza? A densidade expressa aquantidade de matria presente em uma dada unidade de volume. Quandodizemos que o chumbo tem maior densidade do que o alumnio, istosignifica que num dado volume de chumbo h mais matria que no mesmovolume de alumnio. (Algumas vezes ouvimos dizer que o chumbo maispesado que o alumnio; esta afirmao imprecisa. "Pesar mais"interpretado por "ter maior massa que". O principal inconvenienteda frase a ausncia da especificao do volume. Um metro cbico dealumnio tem maior massa do que um centmetro cbico de chumbo.). Asdensidades de slidos e lquidos so comumente expressas em gramas porcentmetro cbico, g/cm3, unidades derivadas SI. (Lembre-se de quepor causada equivalncia do mililitro e do centmetro cbico, aunidade gramas por mililitro, g/mL, embora no pertencente sunidades SI, equivale exatamente a gramas por centmetro cbico.) Osgases so muito menos densos do que os outros estados da matria, porisso a unidade SI gramas por decmetro cbico, g/dm3, a maisconveniente. (A unidade equivalente gramas por litro, g/L, nopertencente s unidades SI, ainda muito usada.) Os valores numricosdas densidades variam bastante, como se pode observar na Tabela1.8.53 55. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.Exemplo 1.7 Umpedao de pau-brasil tem uma massa de 238,3 g e ocupa um volume de545 cm3. Calcule sua densidade em gramas por centmetro cbico.Soluo:Problema Paralelo: Um pedao de carvalho tem um volume de 125cm3 e uma massa de 96,2 g. Qual a densidade do carvalho? Resposta:0,770 g/cm3. Exemplo. l.8. A pedra preciosa rubi tem uma densidadede 4,10 g/cm3.Qual o volume de um rubi cuja massa 6,7g? Soluo:Mtodo 1 (substituio dos valores na frmula): Da definio dedensidade:por rearranjo,e por substituio, obtemos o volume:Mtodo 2(Uso do fator unitrio): Do enunciado, o valor da densidade sugere aseguinte interpretao: 1 cm3 de rubi tem uma massa de 4,10 g. Emoutras palavras, 1 cm3 e 4,10 g so medidas equivalentes da mesmaquantidade de rubi. O smbolo usado para expressar aequivalncia:Desta equivalncia podemos obter a relao:54 56.Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.A expressoesquerda da igualdade um fator unitrio, e pode ser usada naconverso de gramas para centmetros cbicos. Desse modo, 6,7 g derubi ocupam um volume de:Problema Paralelo: Qual o volume de umdiamante (densidade= 3,52g/cm3) que tem uma massa de 0,100 g?Resposta: 2,84 x 10-2 cm3.RESUMO A qumica estuda a natureza, aspropriedades, a composio e as transformaes da matria. A aquisio doconhecimento cientfico em todas as cincias ocorre por meio de umprocedimento sistemtico e lgico, conhecido por mtodo cientfico,brevemente descrito a seguir: os registros das observaes so osdados, e estes so algumas vezes generalizados em leis. As propostasde explicao das observaes so as teorias ou, quando tentativas,hipteses. A importncia das teorias e hipteses reside na capacidadede previso de novos comportamentos. Tais previses sugerem novosexperimentos, que fornecem novos dados, conduzindo a novas teoriase assim por diante. A matria tudo o que tem massa e ocupa espao. Amassa uma medida direta da quantidade de matria do objeto. Tanto ainrcia (resistncia a modificao ao estado de movimento) quanto opeso (fora de atrao gravitacional da Terra) de um objeto sodeterminados pela sua massa. A massa de um objeto independe dolocal onde medida. O peso, contudo, depende do local e, portanto,seu uso limitado. Um exemplo de matria pode ser uma substncia pura,ou uma mistura. Os trs estados da matria so: slido, lquido e gs.Uma substncia pura pode ser um elemento, substncia simples efundamental que no pode ser decomposta em outras, ou um composto,substncia constituda por dois ou mais elementos combinados por umarazo definida em massa. Os elementos so representados por abreviaesdenominadas smbolos qumicos, e os compostos, por frmulas qumicas.Uma fase uma regio fisicamente distinta com um conjunto depropriedades uniformes. Um sistema (poro de matria) que apresentauma nica fase chamado homogneo; e com duas ou mais fases,heterogneo. A mistura homognea denominada soluo.55 57. Generated byFoxit PDF Creator Foxit Software Forevaluation only.A matria pode sofrer transformaes fsicas e qumicas.As transformaes fsicas so aquelas que no modificam a identidade dassubstncias. Nas transformaes qumicas, entretanto, pelo menos umasubstncia, o reagente, transformado em uma nova substncia, oproduto. Duas das leis das transformaes qumicas so a lei daconservao das massas (a soma das massas dos produtos igual soma dasmassas dos reagentes), e a lei da composio definida (cada compostotem sua caracterstica prpria e composio em massa definida). Energiaa capacidade de realizar trabalho. H muitas formas de energia,entre as quais podemos citar a energia mecnica, que pode sercintica (energia de movimento) ou potencial (energia de posio). Alei da conservao de energia estabelece que a energia pode sertransformada em diferentes formas, mas a energia total conservadaem qualquer transformao. Calor a forma de energia que transferidade um objeto mais quente para um mais frio. O calor absorvido porum objeto pode aumentar a sua temperatura, ou causar uma mudana deestado, tal como a fuso ou a ebulio. A temperatura de uma substnciaa medida da energia cintica mdia das partculas constituintes dasubstncia. A medida de uma quantidade numrica caracterizada pelasua preciso (reprodutibilidade) e sua exatido (aproximao do valorcorreto). Um nmero com alta preciso tem muitos algarismossignificativos. Os dgitos determinam o tamanho do nmero, e nomeramente os zeros usados para posicionar a vrgula. Nas operaesaritmticas, importante prestar ateno ao nmero de algarismossignificativos do resultado, de modo que este no tenha uma maiorpreciso do que a dos nmeros usados no clculo. Os sistemas deunidades mtricas so empregados h anos. Atualmente, a maior parte domundo cientfico emprega averso chamada unidades SI. Esta versocompreende sete unidades bsicas e muitas unidades derivadas. Osmltiplos e submltiplos das unidades bsicas e derivadas so expressospelo uso de prefixos que indicam potncias de 10 positivas enegativas. Nos clculos numricos atentar para as unidades uma boaprtica. Na anlise dimensional unidades representam quantidadesalgbricas. Um mtodo mais aperfeioado nestes clculos o do fatorunitrio. A densidade definida como massa por unidade de volume eexpressa a quantidade de matria presente em uma dada unidade devolume.56 58. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.PROBLEMAS Nota:Aprenda a usar este livro como um texto de referncia. Para resolverum problema, consulte o captulo e o apndice sempre que necessrio.As respostas dos problemas assinalados com * esto no Apndice J.OMtodo Cientfico 1.1 Discuta a funo de cada termo para a aquisio doconhecimento cientfico: (a) observaes, (b) dados, (c) leis, (d)hipteses, (e) teorias, (f) experimentos.1.2 Dizem que uma teoriabem testada e verificada pode tornar-se uma lei. A afirmao correta?Explique.1.3 De que modos as teorias fazem uso dos modelos?1.4 Sobquais condies podemos provavelmente esquecer a distino entre fato eteoria?A Matria 1.5 Defina: homogneo, heterogneo, fase, elemento,composto, soluo.1.6 Comente o ponto de fuso de: e explicar asdiferenas. (a) uma substncia pura, (b) uma mistura homognea, (c)uma mistura heterognea.1.7 O sal de cozinha um composto de sdio ecloro. Como voc sabe que no uma mistura?57 59. Generated by FoxitPDF Creator Foxit Software Forevaluation only.1.8 Explique como voc pode distinguir entre os doismembros de cada um dos seguintes pares, e em cada caso mencione apropriedade usada para fazer a distino: (a) gua lquida e gelo, (b)gua pura e gua salgada, (c) alumnio e cobre, (d) gua pura e lcoolpuro, (e) oxignio gasoso puro e nitrognio gasoso puro, (f) cera deparafina branca e plstico de polietileno branco, (g) fibras dealgodo e fibras de l.1.9 Da seqncia dada, indique qual substnciapura e qual mistura: ferro, gua, granito, cerveja, cloro,chocolate, magnsio, acar, lcool, ar empoeirado, ar limpo.1.10Quantas fases esto presentes em cada um dos seguintes sistemasbemmisturados: (a) quartzo puro + areia, (b) areia + sal, (c)areia+ sal+ acar, (d) areia + sal + acar + gua lquida, (e) areia +sal + acar + gua + gasolina, (f) areia + sal + acar + gua +gasolina +cobre metlico, (g) todos os precedentes + gelo, (h) todosos precedentes + cerveja.1.11 Suponha que lhe foi dada uma amostrade um lquido homogneo. O que voc faria a fim de determinar se umasoluo ou uma substncia pura?1.12 Compostos e solues representamcombinaes de substncias mais simples. Qual a diferena entre eles?Como podem ser distinguidos no laboratrio?* 1.13 Um certo compostofoi analisado e verificou-se que contm 34,0% do elemento X e 66,0%do elemento Y, em massa. Se X e Y reagem diretamente para formar ocomposto, quanto do composto pode ser preparado misturando-se: (a)34,0 g de X com 66,0 g de Y? 58 60. Generated by Foxit PDF CreatorFoxit Software For evaluation only.(b)34,0 g de X com 100,0 g de Y? (c) 100,0 g de X com 66,0 g de Y?,(d) 100,0 g de X com 100,0 g de Y? (e) 1,76 g de X com 2,30 g deY?1.14 O composto iodeto de sdio constitudo de 15,3% de sdio e84,7% de iodo, em massa. A gua constituda de 88,9% de oxignio e de11,1% de hidrognio, em massa. Supondo que 10,0 g de iodeto de sdioso dissolvidas em 65,0 g de gua, calcule a percentagem de cadaelemento na soluo resultante.A Energia, o Calor, e a Temperatura.1.15 O que calor? Qual a sua diferena com outras formas deenergia?1.16 Compare e diferencie energia cintica e potencial.1.17Descreva o que acontece com a energia cintica e potencial de umabala que atravessa (a) verticalmente e (b) obliquamente o ar edepois cai na terra.1.18 Compare a energia cintica de (a)umautomvel de 1 x 103 kg com um de 5 x 102 kg, movendo-se com a mesmavelocidade, (b) um automvel movendo-se a 60 km/h com outro idnticomovendo-se a 30 km/h. (D uma resposta numrica para cada caso.).1.19Converta cada uma das seguintes temperaturas para graus Celsius:(a) 70F, (b)' 25F, (c) 230F.1.20 Converta cada uma das seguintestemperaturas para graus Fahrenheit: (a) 70C, (b) 25C, (c) 230C.5961. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.A NotaoExponencial e os Algarismos Significativos 1.21 Diga quantosalgarismos significativos h em cada um dos seguintes nmeros: (a)26,31 (b) 26,0l (c) 20,01 (d) 20,00 (e) 0,206 (f) 0,00206 (g)0,002060 (h) 2,06 x 10-3 (i) 7,060 x 10-3 (j) 606 (k) 6,06 x 102(o) 1,00 x 1021 (m) 9,0000 n) 0,0000041.22 Expresse cada um dosseguintes nmeros em notao exponencial, com um dgito esquerda davrgula no coeficiente: (a) 393,68, (b) 0,1762, (c) 1,4 milho, (d)0,000000723, (e) 0,000000700, (f) 0,0000007, (g) 100,070, (h) 1200com dois algarismos significativos, (i) 1200 com quatro algarismossignificativos.1.23 Arredonde cada um dos seguintes nmeros com doisalgarismos significativos: (a) 67,8, (b) 0,003648, (c) 0,00365, (d)9,272 x 10-34, 60 62. Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software For evaluation only.(e) 4,651 x 1022,(f) 127, (g) 3240,1 x 10-241.24 Faa as operaes aritmticasindicadas, admitindo que cada nmero resultado de uma medidaexperimental: (a) 323 + 2,981, (b) 29,368 - 0,004, (c) 26,14 +1,073 + 2,949, (d) 4,673 - 10,1, (e) 52~565+ 13, (f) 126 x 3,9, (g)4,638 x 9,00,1.25 Indique se cada uma das seguintes unidades umamedida de comprimento, massa, volume ou tempo: (a) m3, (b) ms, (c)mg, (d) nm, (e) dm3, (f) mm, (g) mm3, (h) kg, (i) ns.1.26 Qual osignificado de cada um dos seguintes prefixos? (a) mili, (b) micro,(c) nano, (d) quilo, (e) centi.61 63. Generated by Foxit PDFCreator Foxit Software For evaluationonly.1.27 Converta cada uma das seguintes massas para gramas: (a)3,89 x 10-6 kg, (b) 1,8 104 mg, (c) 3,23 x 103 kg, (d) 1,22x 109ng, (e) 63 g.Anlise Dimensional e Resoluo de Problemas 1.28 Escrevaos fatores de unidades para converter: (a) polegadas em ps, (b) psem polegadas, (c) milmetros em centmetros, (d) centmetros emmilmetros, (e) gramas em miligramas (f) mililitros em litros.1.29Escreva os fatores para converter: (a) centmetros cbicos emmililitros, (b) decmetros cbicos em litros, (c) metros cbicos emmilmetros cbicos, (d) centmetros quadrado em metros quadrados.1.30Converta 17,6cm em (a) mm, (b) m, c) km, (d) nm.1.31 Converta 468 gem (a) kg, (b) mg, (c) ng.62 64. Generated by Foxit PDF CreatorFoxit Software For evaluationonly.1.32 Converta 5,0 g/cm3 em: (a) g/mL, (b) g/L, c) kg/mL, (d)kg/L, (e) kg/m3, (f) g/m3.1.33 Uma cesta contm 15 mas com uma massatotal de 1,5 kg e custa CR$ 1,29. Responda s seguintes perguntasusando o conceito de fator unitrio: (a) Qual a massa (em mdia) deuma ma, em gramas? (b) Qual o preo (em mdia) de uma ma emcentavos?1.34 Um certo automvel percorre 13 km/L de gasolina. Quala sua "quilometragem" em milhas/galo?Densidade 1.35 Qual adensidade de (a) um slido, do qual 125 g ocupam um volume de 127cm3? (b)um lquido, do qual 47 cm3 tm uma massa de 42 g? (c) um gs,do qual 10,0L tm uma massa de 12,6g?1.36 As densidades dos gases somenores do que as dos lquidos. Explique.1.37 Costuma-se dizer que omagnsio um metal leve. Como este comentrio pode ser expresso maisprecisamente?1.38 Um cubo de pau-brasil de 4,00 cm de aresta temuma massa de 21,0 g. Qual a densidade desta amostra de pau-brasi1?1.39 Um certo slido tem uma densidade de 10,7 g/cm3.Qual o volumeocupado por 155 g deste slido?63 65. Generated by Foxit PDF CreatorFoxit Software For evaluationonly.PROBLEMAS ADICIONAIS 1.40 Um cubo de metal de 5,00 cm dearesta tem uma massa de 647 g. A anlise qumica de uma pequenaamostra limada do cubo mostra que metal ferro (densidade =7,86g/cm3). O que voc pode dizer a respeito do cubo?1.41 Em nvelatmico, quais os dois fatores que determinam a densidade de urnasubstncia?1.42 Por que as densidades da maioria dos lquidosdiminuem com o aumento da temperatura? 1.43 A densidade do smio22,6 g/cm3. (a) Qual amassa em quilogramas de 1,00 de smio? (b)Aquantas libras esta massa corresponde?1.44 A regra damultiplicao-diviso dada neste captulo indica que: quando se divide7 por 304, o quociente deve ser arredondado para somente umalgarismo significativo. Resolva este problema como uma longadiviso e mostre que qualquer dgito posterior ao primeiro noquociente completamente incerto e conseqentemente no precisa serconsiderado. (Lembre-se de que a adio de zeros no dividendo com afinalidade de "abaixlos" no os faz algarismos significativos.).1.45Cada membro de uma classe usou uma rgua para medir a largura dacapa de um certo livro. Os resultados, todos expressos empolegadas, so os seguintes: 7,53; 7,90; 7,92; 7,53; 7,51; 7,89;7,52; 7,54; 7,91; 7,93; 7,53; 7,54; 7,90; 7,91 e 7,52. Discutaestes resultados. Como voc explicaria a obteno destes resultados?Qual o significado dos termos preciso e exatido se aplicados paraeste conjunto de medidas?1.46 Se sal de cozinha adicionado a 100,0gde gua a 25C, a quantidade mxima de sal que pode ser dissolvidasempre 36,1 g. Esta constncia de composio significa que a guasalgada um composto? Explique.64 66. Generated by Foxit PDF CreatorFoxit Software For evaluationonly.1.47 Duas substncias puras, A e B, so misturadas paraformar 2b1af7f3a8