Matéria e Estados da Matéria
A matéria é o material físico do universo.
Matéria é tudo que tem massa e ocupa certo lugar no espaço.
Na antiguidade, o homem chegou a acreditar que toda matéria
existente no Universo fosse formada por terra, fogo, água e ar.
A matéria pode se apresentar em três estados:
Gás, líquido ou sólido.
Matéria e Estados da Matéria
• Características dos Estados da Matéria:
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Estado da Matéria
Fluidez ou Rigidez
Compressibilidade
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Gás
fluido
elevada
Líquido
fluido
baixa
Sólido
rígido
muito baixa
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• Os gases não têm forma nem volume definidos; eles podem
ser comprimidos para formar líquidos ou sólidos.
• Os líquidos não têm forma, mas têm volume.
• Os sólidos são rígidos, tendo forma e volume definidos.
Matéria, Átomos e Moléculas
• A matéria consiste de átomos e moléculas; os átomos
se combinam para formar moléculas ou compostos.
• As moléculas podem consistir do mesmo tipo de átomos
ou de diferentes tipos de átomos.
Classificação da Matéria
• Os átomos consistem de apenas um tipo de elemento.
• As moléculas podem consistir de um ou de mais de um tipo
de elemento.
• Se mais de um átomo, elemento e composto são encontrados juntos, então temos uma mistura.
Classificação da Matéria
• A matéria pode então ser dividida em três categorias:
elementos, compostos ou substâncias puras e misturas.
• Se a matéria não é totalmente uniforme, então ela é
heterogênea.
• Se a matéria é totalmente uniforme, ela é homogênea.
• Se a matéria homogênea pode ser separada por meios
físicos, então ela é uma mistura.
• Se a matéria homogênea não pode ser separada por meios
físicos, então ela é uma substância pura.
• Se uma substância pura pode ser decomposta em algo
mais, então ela é um composto.
Classificação da Matéria
• A maioria dos elementos se combinam para formar
compostos (ou substâncias puras).
• As proporções de elementos em compostos são as
mesmas, independentemente de como o composto foi
formado.
• Lei da Composição Constante (das Proporções Definitivas):
– A composição de um composto puro é sempre a mesma.
• Quando a água é decomposta, sempre haverá duas vezes
mais gás hidrogênio formado do que gás oxigênio.
Substâncias, Compostos e Elementos
Elementos
• As substâncias puras que não podem ser decompostas são
formadas por um único tipo de elemento.
• Existem 114 elementos conhecidos.
• A cada elemento é dado um único símbolo químico (uma
ou duas letras). Os símbolos químicos dos elementos com
uma letra têm aquela letra maiúscula (por exemplo, H, B, C,
N, etc.)
• Os símbolos químicos dos elementos com duas letras têm
apenas a primeira letra maiúscula (por exemplo, He, Br,
Na).
• Os elementos são a base de constituição da matéria.
Elementos Abundantes na Crosta
Terrestre e no Corpo Humano
• A crosta terrestre consiste de 5 elementos principais.
• O corpo humano consiste basicamente de 3 elementos
principais.
Diagrama Geral de Separação
Propriedades Físicas
• Como visto, os diversos tipos de matéria observados em
nosso mundo são substâncias ou misturas de substâncias.
• Um substância pura é um tipo de matéria que não pode ser
separada por qualquer processo físico, em outros tipos de
matéria.
• Qualquer que seja a sua origem, uma substância tem
sempre as mesmas propriedades características. Assim,
caracterizamos uma substância pura por várias
propriedades, que podem ser físicas ou químicas.
• Uma propriedade física é uma característica das
substâncias puras que pode ser observada sem que se
altere a identidade química do material.
Constantes Físicas
• As propriedades físicas incluem: estado físico (gás, líquido,
sólido), ponto de ebulição, ponto de fusão, cor, odor, sabor,
etc. Outras constantes físicas importantes são:
• Densidade ou massa específica – É o quociente da massa
(em g) pelo volume (em mL ou cm3) da substância. A densidade de líquidos é medida diretamente por densímetros.
• Calor específico – É a a quantidade de calor (energia
térmica) necessária para aumentar em 1oC, a temperatura
de 1g de substância.
• Solubilidade – Mede a quantidade máxima (em g) de
substância que pode ser dissolvida em um líquido (em L),
em uma dada temperatura.
Transformações Químicas
• As transformações químicas de uma substância pura
envolvem alterações químicas, como nos exemplos abaixo:
Queima do carvão :
C (s) + O2 (g)  CO2 (g)
Oxidação do ferro:
4 Fe (s) + 3 O2 (g)  2 Fe2O3 (s)
• Uma reação química é, em geral, acompanhada por
profundas alterações nos materiais que dela participam,
como mudança no estado físico, na cor, no odor e/ou na
densidade, além da liberação ou absorção de energia sob a
forma de calor, luz, etc.
Mudanças Físicas e Químicas
Propriedades Físicas
• As propriedades físicas intensivas não dependem da
quantidade de substância presente.
Exemplos: Densidade, temperatura, pontos de fusão e
ebulição.
• As propriedades físicas extensivas dependem da
quantidade de substância presente.
Exemplos: Massa e volume.
Transformações Físicas e Químicas da
Matéria
• Quando uma substância pura sofre uma mudança física,
sua aparência física muda.
– No derretimento do gelo, um sólido é convertido em um
líquido.
• As mudanças físicas (mudanças de estado) não resultam
em uma mudança de composição.
• Quando uma substância muda sua composição, ela sofre
uma alteração química:
– Quando o hidrogênio puro e o oxigênio puro reagem
completamente, eles formam água.
Transformações Físicas e Químicas da
Matéria
• As transformações da matéria que se relacionam às
propriedades físicas são denominadas transformações
físicas.
• As transformações físicas podem ser reversíveis; nelas a
identidade ou características químicas da substância são
preservadas, pois embora seu estado físico , tamanho ou
forma possa ter mudado, as moléculas que constituem a
substância permanecem intactas.
• As mudanças de estado de uma substância pura irão
ocorrer em condições constantes e bem definidas –
constates físicas (gráficos em anexo).
Transformações Físicas da Matéria
• Mas, se tivermos uma mistura ou uma substância contendo
impurezas, os patamares existentes nos gráficos de
mudança de fase não serão observados, e ocorrerá um
intervalo ou uma faixa de fusão e ebulição.
• Porém, é importante destacar que existem misturas que se
comportam como se fossem substâncias puras diante dos
fenômenos de fusão/solidificação ou ebulição/condensação.
• No primeiro caso tem-se uma mistura eutética, que se
funde/solidifica a temperatura constante. Exemplo: Liga
metálica de Sn (62%) e Pb (38%) – p.f. = 183oC.
• No segundo caso tem-se uma mistura azeotrópica, a qual
ferve/condensa a temperatura constante. Exemplo: Solução
de etanol (96%) em água (4%) – p.e. = 78,1oC.
Misturas Homogêneas e Heterogêneas
• Uma mistura é uma matéria que pode ser separada através
de métodos físicos, em duas ou mais substâncias puras.
• As misturas homogêneas contêm as mesmas propriedades
distribuidas uniformemente, em qualquer parte da amostra.
• Mesmo consistindo de uma mistura de duas ou mais
substâncias na mesma fase, se verifica uma textura
uniforme a nível microscópico.
• Nenhuma ampliação óptica revela propriedades diferentes
de uma região para outra; a heterogeneidade só existe a
nível atômico ou molecular.
Misturas Homogêneas e Heterogêneas
• Exemplos: Latão – mistura de cobre e zinco.
Bronze – mistura de cobre e estanho.
Soro fisiológico – mistura de água e cloreto de
sódio a 0,9%.
• As misturas homogêneas, quando líquidas, são chamadas
de soluções.
Misturas Heterogêneas
• As misturas heterogêneas são constituídas por partes que
se distinguem fisicamente, cada qual com diferentes
propriedades.
• Mesmo a olho nú, nelas se verifica uma textura desigual do
material; pode parecer uniforme num primeiro momento,
mas quando observado mais atentamente, nota-se a falta
de uniformidade.
• Em uma mistura heterogênea, as propriedades mudam de
uma região para outra da amostra.
• Exemplos: Granito – mistura de quartzo, feldspato e mica
(minerais).
Leite – mistura de proteínas, açúcares, gorduras
e minerais.
Misturas Heterogêneas
• Existe relatividade na interpretação do conceito homogêneo/heterogêneo, dependendo da aparelhagem disponível.
• Numa mistura heterogênea, cada porção homogênea é
denominada fase, e define-se fase como qualquer parte ou
porção homogênea presente numa amostra de matéria.
• Quanto ao número de fases, os sistemas se classificam
em:
• Sistemas Monofásicos – Apresentam uma única fase,
sendo, portanto, sistemas homogêneos.
• Sistemas Bifásicos – Têm duas fases; são heterogêneos.
• Sistemas Trifásicos ou Polifásicos – Possuem três ou mais
fases, sendo por isso heterogêneos.
Separação de Misturas
• Como as misturas são constituídas por duas ou mais
substâncias diferentes, quando é necessário, é possível
separar seus componentes.
• Como existem dois tipos de misturas diferentes
(homogêneas e heterogêneas), os processos para efetuar
suas separações são também diferentes.
• A separação de uma mistura heterogênea é, em geral, mais
fácil de ser realizada, pois na maioria dos casos pode-se
perceber visualmente cada componente da mistura
individualmente.
• Nas separações de misturas heterogêneas são utilizadas,
geralmente, operações mecânicas; além disso, ela pode ser
constituída tanto de componentes com o mesmo estado
físico, quanto em diferentes estados.
Separação de Misturas Heterogêneas
• Separação de Misturas Heterogêneas de Componentes
Sólidos:
• Catação – Neste processo os componentes da mistura
podem ser separados manualmente.
• Peneiração ou Tamização – Caso as partículas dos
componentes possuam tamanhos diferentes, pode-se utilizar
uma peneira para separá-los.
• Levigação – Quando um dos componentes da mistura é
muito fino, utiliza-se a água para arrastar o componente
mais leve, deixando o mais pesado pousado no fundo.
• Ventilação – Semelhante ao processo acima, sendo que o
material mais fino (leve) da mistura é arrastado pela ação do
ar ou vento.
Separação de Misturas Heterogêneas
• Imantação ou Separação Magnética – Quando um dos
componentes da mistura possui propriedades magnéticas, o
mesmo pode ser atraído por um ímã.
• Dissolução Fracionada – Neste processo, adiciona-se à
mistura sólida um solvente capaz de dissolver somente um
dos componentes da mistura, sem dissolver os demais.
• Separação de Misturas Heterogêneas de Componentes
Sólidos e Líquidos:
• Decantação – É o processo no qual as impurezas sólidas
contidas num líquido se depositam no fundo de um
recipiente pela ação da gravidade, após um tempo de
repouso.
Separação de Misturas Heterogêneas
• Centrifugação – É um processo capaz de acelerar a
decantação das partículas sólidas quando estas são muito
pequenas. Certa quantidade da mistura é colocada num
tubo no interior de uma centrífuga, cuja rotação impele as
partículas mais pesadas para o fundo, deixando o
sobrenadante límpido.
• Filtração Simples – Neste caso são utilizados materiais
porosos (papel, amianto, vidro, algodão) que permitem a
passagem do líquido, mas impedem a passagem do sólido.
• Filtração à Vácuo – Utilizada em casos onde é necessário
diminuir o tempo de filtração e as partículas são
suficientemente grandes. A filtração se processa sob
pressão reduzida ou à vácuo, usando-se o funil de Buchner
com papel de filtro, acoplado com rolha de borracha a um
kitasato, conectado a um compressor.
Separação de Misturas Heterogêneas
• Separação de Misturas Heterogêneas de Componentes
Sólidos e Gasosos:
• Câmaras de Poeira – Para separação de ar (ou gases) e
poeira por processo de decantação; são constituídas por
uma série de compartimentos interligados, separados por
obstáculos verticais. À medida que o ar é empurrado na
câmara, as partículas sólidas colidem com os obstáculos,
perdendo velocidade e se depositando no fundo.
• Separação de Misturas Heterogêneas de Componentes
Líquidos:
• Decantação – A mistura de líquidos imiscíveis pode ser
separada utilizando-se o funil de decantação. Após a
separação espontânea das fases pela ação da gravidade,
abre-se a torneira e escoa-se o líquido mais denso.
Separação de Misturas Homogêneas
• Separação de Misturas Homogêneas de Componentes
Sólidos:
• Sublimação – É aplicável quando apenas um dos componentes da mistura pode ser sublimado.
• Separação de Misturas Homogêneas de Componentes
Sólidos e Líquidos:
• Evaporação – Utiliza a capacidade de evaporação
espontânea do solvente para separá-lo do sólido, que é
recuperado no final do processo.
• Destilação Simples – Usa uma aparelhagem apropriada,
onde a mistura soluto/solvente é aquecida, levando à
evaporação do solvente, que se condensa e é recuperado
em outro recipiente.
Separação de Misturas – Destilação
Simples
Separação de Misturas Homogêneas
• Cristalização – No processo mais simples, após a primeira
etapa de evaporação para concentração do líquido, ocorre
a saturação da solução, seguida da precipitação do sólido.
• Separação de Misturas Homogêneas de Componentes
Líquidos:
• Destilação Fracionada – Permite separar dois ou mais
líquidos desde que possuam pontos de ebulição diferentes.
A aparelhagem é semelhante à da destilação simples,
sendp que apresenta um termômetro acoplado à coluna de
destilação, que indica a temperatura em que cada um dos
componentes entra em ebulição. A fração com ponto de
ebulição mais baixo é coletada primeiro. Quando a
temperatura do termômetro sofre alteração, indica que a
saída de um dos componentes se encerrou, e que a do
outro irá se iniciar. Neste momento, deve-se substituir o
recipiente do líquido condensado.
Separação de Misturas Homogêneas
• Partição Líquido/líquido – Quando substâncias diferentes
foram dissolvidas em um líquido após extração a quente, é
possível separar substâncias com polaridades diferentes
utilizando-se solventes imiscíveis no líquido original e um
funil de separação.
• Cromatografia – Envolve técnicas separação também
relacionadas à polaridade dos solventes e das moléculas de
interesse. A separação depende da velocidade com que
uma substância se move numa corrente de líquido ou gás
(fase móvel), através do suporte (fase estacionária). É
utilizada para separar misturas de substâncias diferentes.