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Química – Parte 05
Prof. Oromar
ELETROQUÍMICA
–0,25 V
Atualmente, em cada parte que se olhe, a
eletroquímica se faz presente. Desde a rede elétrica que
abastece as nossas casas, até as pilhas usadas em
lanternas. Desde a bateria de celulares, passando por
processos de galvanização, produção industrial de
alumínio, notebooks etc. O mundo precisa da energia
elétrica emais ainda de produzi-la.
Como a energia elétrica é produzida? Como
podemos usá-la na química?
Em 1800, o físico italiano Alessandro Volta
construiu a primeira pilha elétrica, “empilhando” discos de
cobre e zinco alternados e separados por pedaços de
tecido embebido em ácido sulfúrico. Desse modo, ele
conseguiu produzir eletricidade sob a forma de uma
corrente que flui continuamente. Construindo pilhas de
vários metais, constataremos que cada pilha fornecerá
diferentes voltagens, também chamadas de força
eletromotriz (fem) ou diferencial de potencial (ddp). Isso
nos obriga a escolher um “padrão de referência”, o
padrão escolhido foi o Eletrodo Padrão de Hidrogênio –
EPH.
O esquema do EPH está abaixo. Por ser o padrão,
convencionou-se que sua ddp seria OV (zero volt); desse
modo, os outros eletrodos têm a sua voltagem
estabelecida em relação a ele. Liga-se um eletrodo a ter
a o seu potencial determinado ao EPH e faz-se a leitura
no voltímetro. A voltagem indicada corresponde ao
eletrodo a ser analisado (lembrando que a ddp do EPH é
zero).
Após confrontar os elementos em relação ao EPH,
obtemos a “Tabela de Potenciais-Padrão dos Eletrodos”;
onde se lista os potenciais de oxidação (Eº) dos
elementos, medidos em volts. Alguns potenciais-padrão
são mostrados a seguir:
POTENCIAL DE
REDUÇÃO
–1,66 V
–0,76 V
–0,44 V
Atualizada
em 5/8/2011
–0,13 V
0,00 V
0,34 V
PILHAS
–2,36 V
–0,14 V
REAÇÃO
POTENCIAL DE
OXIDAÇÃO
Mg
Mg+2 + 2e–
2,36 V
Al
Al+3 + 3e–
1,66 V
Zn
Zn+2 + 2e–
0,76 V
Fe
Fe+2 + 2e–
0,44 V
0,80 V
1,50 V
Ni
Ni+2 + 2e–
0,25 V
Sn
Sn+2 + 2e–
0,14 V
Pb
Pb+2 + 2e–
0,13 V
H2
2H+ + 2e–
0,00 V
Cu
Cu+2 + 2e–
–0,34 V
Ag+ + e–
–0,80 V
Au+3 + 3e–
–1,50 V
Ag
Au
Pilhas, propriamente ditas, são dispositivos
eletroquímicos que transformam reações químicas em
energia elétrica. Cada substância possui uma maior ou
menor tendência de perder elétrons; tendência esta
chamada de “Potencial de Oxidação”. Deste modo, uma
substância X que tenha um potencial de oxidação maior
que uma substância Y, irá perder seus elétrons
gradativamente para esta substância se colocarmos as
duas juntas. Dizendo de outro modo: Como a substância
Y tem menor tendência de perder elétrons que a
substância X, a substância Y retirará elétrons da
substância X; com isso, a substância X irá se oxidar
(Oxidação = Perda de elétrons), enquanto que a
substância Y irá se reduzir (Redução = Ganho de
elétrons). E a passagem de elétrons de uma substância
para a outra é que é a corrente elétrica.
Assim, podemos assegurar que a tendência do
zinco (Zn) em perder elétrons é maior do que a do cobre
(Cu). Com isso, o zinco se oxida (perde elétrons)
enquanto que o cobre se reduz (ganha elétrons). Ora,
não precisamos ser grandes Alquimistas para deduzir
que, para se produzir corrente elétrica, basta colocar em
contato duas substâncias de potenciais de oxidação bem
distantes (quanto mais distantes, melhor a produção de
corrente). Deve-se salientar que o número de elétrons
perdidos pela substância oxidada é exatamente igual ao
número de elétron recebidos pela substância reduzida.
Não ocorre nenhum “extravio” de elétrons, já que eles
não saem para passear nem para ir ao shopping.
Podemos construir uma pilha bem simples: Em um
recipiente (como um copo grande, por exemplo), adicione
certa quantidade solução de sulfato de zinco (ZnSO4).
Nesta solução, mergulhe uma vela de filtro (previamente
serrada perto da extremidade por onde sairia a água
filtrada) com solução de sulfato de cobre (CuSO4),
ambas na concentração 0,1 molar; deve-se notar que a
solução de sulfato de zinco ficará isolada da solução de
sulfato de cobre pela parede da porcelana porosa com
que foi feita a vela. Na solução de sulfato de zinco
mergulhe uma pequena placa de zinco metálico,
previamente limpa e lixada. Na solução de sulfato de
cobre, mergulhe uma placa de cobre, também limpa e
lixada. Com o auxílio de um voltímetro, determine a
intensidade da corrente nas extremidades das duas
placas; de ante-mão, já posso assegurar que o eletrodo
de zinco (já podemos chamá-lo assim) é o polo negativo
Esta apostila é uma referência bibliográfica composta por coletânea de leis e textos para o aluno complementar suas anotações de aula.
A apostila é de uso exclusivo de alunos matriculados na turma e não pode ser vendida separadamente ou copiada por terceiros.
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e, obviamente, o eletrodo de cobre é o polo positivo; mas
você tem o direito de duvidar do que eu estou falando e
tentar experimentar os eletrodos do voltímetro em
qualquer posição.
Bom, como você pode constatar pelo voltímetro,
está sendo produzido corrente elétrica nessa experiência
(cerca de 1 volt). Mas, por quê? Porque o potencial de
oxidação do zinco é 0,76V, enquanto que o potencial do
cobre é igual a –0,34V, muitíssimo mais baixo que o do
zinco. Com isso, os elétrons fluem do zinco para o cobre;
o zinco será, portanto, oxidado e o cobre reduzido. Com
o passar do tempo, verificaremos que a placa de zinco
perderá massa, enquanto que a placa de cobre terá a
sua massa aumentada. A reação é:
Znº + Cu
+2
→ Zn
+2
ΔE
.
0,059
[Redutor]
log
n
Onde:
Alº
+ Cuº
=
ΔEº –
[Oxidante]
ΔE = Voltagem produzida
ΔEº = Potencial de oxidação do
anôdo ou do catodo
n = Número de elétrons envolvidos
[ ] = Concentração
Ex.
Calcule
+3
(0,01M)
| Al
a
||
ddp
da
Cu+2 (0,1M)
|
pilha:
Cuº
RESPOSTA:
Muito bem, isso que você construiu é uma forma
adaptada da famosa pilha de Daniell. Podemos fazer
este tipo de pilha com outras substâncias também,
formando pares do tipo Zn/Pb, Al/Cu etc. Cada uma
delas fornecendo um diferencial de potencial (ddp ou
voltagem) diferente. Agora vou lançar uma dúvida em
sua cabeça: Por que a voltagem da pilha Zn/Cu é de
cerca de 1,10V? Simples: O cálculo da ddp (diferença de
potencial ou voltagem ou força eletromotriz) é feito
através da fórmula abaixo:
ΔEº = Pot. de oxid. do Redutor – Pot. de oxid.
do oxidante
Como o potencial de oxidação do redutor (no
caso, o zinco) é de 0,76V e o potencial de oxidação do
oxidante (no caso, o cobre) é de –0,34V; temos: ΔEº =
0,76 – (–0,34) = 1,10V.
Também podemos representar da seguinte forma:
Znº → Zn+2 + 2e–
Cu+2 + 2 e– → Cuº
Eº = 0,76V
Eº = 0,34V
Znº + Cu+2 → Zn+2 + Cuº ΔEº = 1,10V
Como pode-se ver, a reação do cobre foi invertida,
tornando-se uma reação de ganho de elétrons. Por isso,
seu potencial teve o sinal trocado, representando, assim,
o potencial de redução.
Espere aí! Pelos cálculos, a voltagem produzida
seria de 1,10V, mas o Alquimista de plantão disse que
deveria aparecer no voltímetro cerca de 1 volt. Para onde
foram os 0,1V? Bom, sempre teremos que considerar
algumas “perdas”, como má passagem de corrente pelo
fio do voltímetro, temperatura acima ou abaixo da
temperatura ambiente (25ºC), concentrações diferentes
etc. Contudo, a voltagem deve ficar em cerca de 1,0V
mesmo. Afinal, eu não conheço nenhum processo que dê
SEMPRE 100% de rendimento.
Se nós variarmos a concentração das soluções,
obteremos voltagens maiores ou menores dependendo
de quem será o mais concentrado. Para determinar a
ddp de um sistema em que há concentrações diferentes
de oxidantes e redutores, empregamos a Equação de
Nernst, escrita abaixo:
2
Atualizada
em 5/8/2011
Cálculo do
ΔEº:
+3
2 Alº → 2 Al
+ 6 e–
Eº = 1,66V
3 Cu+2 + 6 e– → 3 Cuº
Eº = 0,34V
+2
ΔEº =
2,00V
+3
2 Alº + 3 Cu → 2 Al
Cuº
+3
Cálculo da ddp:
ΔE = 2 – 0,059
6
. log
[0,01] = 2,1V
[0,1]
Como podem observar, quanto maior a
concentração do agente oxidante (no caso o cobre),
maior será a ddp obtida. Experimentem inverter os
valores das concentrações dos reagentes do exemplo
anterior e comprovem.
Muito bem, muito legal, mas existe só um tipo de
pilhas? Claro que não! Existe ainda a “Pilha Sêca”
(aquela que usamos em rádios e lanternas). Este tipo de
pilha é constituída por um pólo negativo de zinco (base e
superfície lateral do invólucro) e um pólo positivo de
grafite (bastão central). Entre ambos existe uma massa
pastosa contendo cloreto de amônio (NH4Cl), dióxido de
manganês (MnO2), cloreto de zinco (ZnCl2) e água. Esta
massa é a responsável pela circulação dos elétrons
internamente durante o seu funcionamento.
Tanto a pilha de Daniell como a pilha sêca,
possuem reações irreversíveis, ou seja, não se pode
“recarregar” estas pilhas; portanto, essa estória de pôr as
pilhas na geladeira para recarregar é apenas folclore das
pessoas e não tem nenhum fundamento científico; desse
modo, deixe a sua geladeira para guardar somente
alimentos.
Os únicos que podem ser recarregados são os
acumuladores ou baterias (daquelas usadas em
automóveis). Os acumuladores usados em automóveis
são uma associação de pilhas (daí o nome “bateria”)
ligadas em série. Normalmente, são constituídos por um
pólo negativo de chumbo e um pólo positivo de dióxido
de chumbo (PbO2). Entre ambos, existe uma solução
aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4), usado como eletrólito.
Durante a descarga do acumulador, os dois pólos
são desgastados simultâneamente pelo ácido sulfúrico,
resultando, em ambos os casos, sulfato de chumbo II
(PbSO4); durante a carga, o sulfato de chumbo II
regenera, também simultâneamente, o chumbo e o
dióxido de chumbo, conforme a reação:
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Exemplos
Pb + PbO2 + H2SO4 –> 2 PbSO4 + 2 H2O
Solução aquosa de iodeto de potássio (KI)
A reação da esquerda para a direita é o processo
de “descarregamento” da bateria, enquanto que a reação
da direita para a esquerda é o processo de
“carregamento”; essa reação demosntra que se trata de
um processo reversível.
Como cada pilha ou elemento do acumulador
fornece uma ddp de aproximadamente 2V, numa bateria
de carro existem 6 elementos (ou pilhas) para que a
bateria possa fornecer uma ddp de 12V. Existem ainda
acumuladores que fornecem ddp’s ainda maiores;
usados em tratores, aviões ou centrais telefônicas etc.
ELETRÓLISE
Ao se observar certos fenômenos químicos
ficamos: “E se fosse ao contrário? Seria possível?”. Isso
nos dá muito o que pensar com relação a todos os
fenômenos naturais. Imaginemos agora o seguinte:
Pilhas são dispositivos que convertem reações químicas
em energia elétrica.
Pois bem, ao contrário das pilhas a eletrólise
produz reações químicas através da energia elétrica. A
propósito, um macetezinho: Toda palavra (em química)
que é seguida do sufixo lise indica uma “quebra” através
de alguma coisa. Por exemplo: Ozonólise – quebra da
molécula através do ozônio, Pirólise – quebra de uma
molécula através da ação do calor etc. Que nome você
sugeriria para uma “quebra” que ocorreu através da
passagem de eletricidade?
A eletrólise pode ser ígnea ou aquosa. A eletrólise
ígnea é o nome que se dá a uma reação química
provocada pela passagem de corrente elétrica através de
um composto iônico fundido. Uma de suas aplicações
práticas está na obtenção do alumínio da bauxita. Já a
eletrólise aquosa é o nome de uma reação química
provocada pela passagem de corrente elétrica por meio
de uma solução aquosa de um eletrólito. A eletrólise é
um fenômeno de oxi-redução, sendo assim, o total de
elétrons perdidos no pólo positivo deve ser igual ao total
de elétrons recebidos no pólo negativo. Um pouco
complicado não é? Basta raciocinar que os elétrons não
somem; desse modo, o número de elétrons cedidos são
sempre iguais ao número de elétrons recebidos. O pólo
onde há perda de elétrons (oxidação) recebe o nome de
“anôdo”, enquanto que o pólo onde há ganho de elétrons
(redução) recebe o nome de “catodo”.
ASPECTOS QUALITATIVOS - Estes aspectos
cuidam que tipo de reação ocorre nos pólos positivo e
negativo, aos quais são aplicados determinada
quantidade de corrente elétrica, ou seja, trata do que é
produzido, pouco importando a quantidade envolvida.
Bom, fazendo passar corrente elétrica em diversas
soluções, ocorrerão reações que irão depender da
natureza
de
cada
substância
envolvida.
As
eletrodeposições ocorrem segundo uma ordem de
ionização, a qual é mostrada abaixo:
1. Ânions não-oxigenados (Ex. F–, Cl–, S– etc.)
–
2. Hidroxilas (OH )
3. Ânions oxigenados (EX. SO4=, NO3–, PO4+3 etc.)
OBSERVAÇÃO - A ordem que os cátions
obedecem, segue a tabela de potenciais padrão (quanto
mais abaixo, maior a tendência receber elétrons).
Atualizada
em 5/8/2011
KI –> K+ + I–
Ionização:
POLO (+) –
ANÔDO
POLO (–) –
CATODO
–
–
2 I – 2e –> I2
OH– (Em Solução)
+
–
2 H + 2e –> H2
2K+(Em Solução)
Solução aquosa de sulfato de sódio (Na2SO4)
Ionização:
+
Na2SO4 –> 2Na + SO4
=
POLO (+) – ANÔDO
POLO
(–)
CATODO
–
SO4= (em solução)
–
–
4 OH – 4e –> 2H2O
+ O2
2 Na+ (em solução)
+
–
2H + 2e –> H2
ASPECTOS QUANTITATIVOS – Baseiam-se nas
Leis de Faraday, propostas por Michael Faraday, as
quais dizem:
A massa (em gramas) de uma substância
eletrolisada é diretamente proporcional à carga Q que a
atravessa: m ~ Q . Como a carga elétrica é igual à
intensidade de corrente elétrica (em ampéres)
multiplicada pelo tempo (em segundos), temos que: m ~ i
.t
A massa eletrolisada de uma substância é
diretamente proporcional ao equivalente-grama dessa
substância: m ~ E
Se substituirmos os primeiros termos da primeira
lei pelos termos da segunda lei, podemos dizer que a
massa eletrodepositada é diretamente proporcional à
intensidade de corrente elétrica, ao tempo decorrido da
eletrodeposição e ao equivalente-grama da substância
eletrodepositada. Mas, para podermos trabalharmos
matematicamente, devemos transformar esta proporção
em uma igualdade, utilizando, para isso, um fator de
correção (k). Desse modo, temos: m = k . E . i . t
=
Massa
eletrolisada
(g)
Onde: m
k = Constante de proporcionalidade = 1/F =
–1
(96500
c)
E = Equivalente-grama da substância eletrolisada
i = Intensidade de corrente elétrica (A)
t = Tempo gasto na eletrólise (s)
Exemplos
1) Calcular a massa de cobre depositada pelo
catodo após 2h, utilizando corrente de 1A.
RESPOSTA – m = k . E . i . t = 31,75 . 1 . 7.200 .
–1
(96500) = 2,73g
2) A deposição eletrolítica de 2,975g de um metal
de peso atômico 119 requereu uma carga de 9650
coulombs. Qual é o número de oxidação desse metal?
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RESPOSTA
–
m
=
k
2,975 = E . 9650/96500 ››
E = mol/Nox ›› Nox = 119 / 29,75 = 4
.
E
E
=
.
Q
29,75
A
galvanoplastia,
também
chamada
de
galvanização e a anodização são outros exemplos de
aplicação prática da eletrólise. Podemos defini-la como
sendo o ato de recobrir uma superfície de metal com
uma camada fina de outro metal. Esse processo é
geralmente usado para proteger objetos metálicos contra
oxidação (v. Corrosão), bem como para melhorar a sua
aparência.
O objeto que vai receber o banho faz o papel do
catodo; um pedaço de papel que vai recobri-lo é o anôdo
e o eletrólito contém um composto desse metal. Se uma
placa de aço deve receber uma camada de estanho, este
será usado como anôdo e a solução e uma solução de
sulfato de estanho será usada como eletrólito; quando o
corrente elétrica é ligada, os íons positivos de estanho
migram através da solução até o aço, formando uma
camada de estanho em sua superfície. É o processo no
qual uma peça metálica, recebe o revestimento de outro
metal, através da eletrólise aquosa de um sal.
Esse processo permite revestir anéis com uma
camada de ouro e faqueiros com uma camada de prata.
Já o ferro galvanizado consiste no ferro que recebeu uma
camada superficial de zinco por eletrólise. A anodização
é uma forma de resguardar certos metais contra a
corrosão, é a formação de uma camada protetora
superficial de um óxido do próprio metal. Um processo de
anodização bastante conhecido é o caso do alumínio.
SUBSTÂNCIAS
SUBSTÂNCIAS PURAS
É um conjunto de moléculas quimicamente iguais.
Podem ser classificadas de dois tipos:
 Substância pura simples: é aquela que
apresenta um só elemento químico.
Ex: O2, S8, Cl2, O3, N2, P4.
 Substância pura composta: é aquela formada
por mais de um elemento.
Ex: H2SO4, C12H22O11, H2O, HNO3.
Elemento
Variedades alotrópicas
Carbono
(C)
Diamante
(Cn)
Grafite (Cn)
Oxigênio
(O)
Oxigênio
(O2)
Ozônio (O3)
Fósforo
(P)
Fósforo
branco (P4)
Fósforo
vermelho (Pn)
Enxofre
(S)
Enxofre
rômbico
(S8)
Enxofre
monoclínico
(S8)
OS
ESTADOS
SUBSTÂNCIAS
DE
AGREGAÇÃO
DAS
Todos os corpos existentes na Terra, assim como
todos existentes no Universo têm característica em
comum: são constituídos por matéria. O que diferencia
todos os corpos do Universo portanto é o tipo de matéria,
ou seja, a concentração de cada elemento diferente
existente na natureza e também seu estado.
Os estados da matéria são: sólido, líquido e
gasoso. Existem mais dois estados, os quais, não serão
estudados que são o plasma e o zero absoluto.
CARACTERÍSTICAS
AGREGAÇÃO
DOS
ESTADOS
DE
 Estado Sólido
- forças de coesão são maiores do que as de
repulsão;
- apresenta retículo cristalino – forma e volume
definidos;
- são pouco compressíveis;
- é o estado mais organizado da matéria.
 Estado Líquido
- as forças de coesão e repulsão se igualam;
- apresenta forma variável e volume definido;
- apresenta tensão superficial;
- podem ser comprimidos;
- apresenta organização média.
 Estado Gasoso
- forças de repulsão são maiores do que as de
coesão;
- apresenta forma e volume indefinidos;
- há grande compressibilidade e elasticidade;
- é o estado mais desorganizado da matéria.
MUDANÇA DE ESTADOS
ALOTROPIA
É o fenômeno em que um mesmo elemento
químico (átomos de mesmo número atômico) forma duas
ou mais substâncias simples diferentes.
4
Atualizada
em 5/8/2011
O estado de agregação da matéria pode ser
alterado por variações de temperatura e de pressão, sem
que seja alterada a composição da matéria. Como
mostra o diagrama abaixo:
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DIFERENÇA ENTRE GÁS E VAPOR
 Vapor: designação dada a matéria no estado
gasoso, quando é capaz de existir em equilíbrio com o
líquido ou com o sólido correspondente, podendo sofrer
liquefação pelo simples abaixamento de temperatura ou
aumento da pressão.
 Gás: fluido, elástico, impossível de ser liquefeito
por um aumento de pressão ou só por uma diminuição
de temperatura, o que o diferencia do vapor.
água + óleo
MISTURAS
É a associação de duas ou mais substâncias cujas
propriedades permanecem inalteradas, ou seja, é
possível separar seus componentes por um método
adequado de fracionamento de misturas.
As misturas classificam-se em homogêneas e
heterogêneas, sendo utilizado como critério o visual ou
microscópico.
Fases: é cada porção visível de uma mistura.
 Mistura homogênea
É aquela mistura que apresenta um única fase
(único aspecto).
Ex: água + álcool, água + açúcar, pão.
água + gelo
SEPARAÇÃO DE MISTURAS
As misturas homogênea e heterogênea podem ser
separadas através de técnicas analíticas. Como por
exemplo:
H
O
M
O
G
Ê
N
E
A
S
Destilação simples
(sólido + líquido)
Por aquecimento, só o líquido entra em ebulição,
vaporiza-se e a seguir condensa-se, separando-se
do sólido. Ex.: destilar solução de permanganato de
potássio.
Destilação fracionada
(líquido + líquido)
Pão
Liga metálica
 Mistura heterogênea
É aquela mistura que apresena mais do que uma
fase (mais do que um aspecto).
É utilizada quando temos líquidos que tenham
diferentes pontos de ebulição (P.E.) que passam
através de uma coluna de fracionamento. Por
aquecimento, os líquidos vaporizam-se e a seguir
condensam-se, separadamente, à medida que vão
sendo atingidos os seus P.E. Ex.: fracionamento do
petróleo
Liquefação fracionada
(gás + gás)
Por resfriamento da mistura, os gases se liquefazem
separadamente, à medida que vão sendo atingidos
os seus P.E. Ex.: mistura de O2 e N2
Aquecimento simples
Ex: água + gelo, água + azeite.
(gás + líquido)
Por aquecimento abaixo do PE do líquido, o gás
dissolvido é expulso. Ex.: água com CO2
Atualizada
em 5/8/2011
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H
E
T
E
R
O
G
Ê
N
E
A
S
6
Evaporação - o componente líquido é separado do
sólido após se deixar evaporar o líquido presente.
Ex.: separar o sal da água do mar.
Todas
Catação - Os fragmentos são catados
as
fases com a mão ou pinça. Ex.: separar arroz
são sólidas do feijão.
Ventilação
Separação
do
componente mais leve por corrente de
ar. Ex.: separar a casca do arroz.
Levigação
Separação
do
componente mais leve por corrente de
água que arrasta o componente menos
denso. Ex.: separação de minérios.
Flotação - Separação por um líquido
de densidade intermediária entre dois
sólidos de densidades diferentes. O
sólido menos denso flutua no líquido.
Ex.: separação do ouro do seu minério
com o auxílio de mercúrio líquido.
Dissolução fracionada - Separação
por meio de um líquido que dissolve
apenas um componente e não dissolve
os outros. Necessita de um método
auxiliar
para
retirar
o
líquido
adicionado, geralmente filtração e
evaporação. Ex.: mistura de areia e
sal.
Separação magnética - Apenas um
componente é atraído pelo ímã,
geralmente ferro, níquel e cobalto. Ex.:
areia com limalha de ferro
Fusão fracionada - Separação por
aquecimento da mistura até a fusão do
componente de menor P.F.
Cristalização fracionada - Adicionase um líquido que dissolva todos os
sólidos. Por evaporação da solução
obtida, os componentes cristalizam-se
separadamente.
Peneiração ou tamização - separa-se
grãos menores de maiores com o
auxílio de uma peneira (conhecido
também como tamis). O grãos maiores
ficam retidos na peneira e os menores
passam pela malha. Ex.: separar areia
de pedregulhos.
Sedimentação - Separação de duas
Pelo
menos
ou mais camadas devido a diferentes
uma
das densidades, sendo que a fase mais
fases não é densa se deposita no fundo do
sólida
recipiente em que se encontra.
Decantação - Após a sedimentação a
fase líquida é escoada ou retirada por
intermédio de um sifão.
Sifonamento - necessita que se
estabeleça um diferença de altura
entre o frasco que contém a mistura e
a ponta do sifão para que haja
escoamento da fase superficial da
mistura.
Atualizada
em 5/8/2011
água, aspirar o pó com aspirador.
Funil de decantação - separa dois
líquidos imiscíveis (não se misturam
entre si) com o auxílio de um funil de
decantação (chamado também de pêra
de decantação). Ao se abrir a torneira
o líquido mais denso escoa separandose do outro líquido. Ex.: água e azeite
Centrifugação
Decantação
acelerada por um centrífuga. É
utilizado quando as partículas sólidas
são muito pequenas, o que demoraria
para decantar. A centrífuga origina
uma força que desloca as partículas
para o fundo dos tubos do aparelho.
Câmara de poeira - passar um mistura
sólido-gás no interior de uma câmara
subdividida em tabiques (chicanas)
onde a poeira fica retida o gás sai
purificado. Ex.: ar com poeira.
Sublimação - é possível separar
sólidos que sublimam a temperatura
ambiente ou com leve aquecimento.
Ex.: separar iodo de outros sólidos
Importante: não esquecer que na mistura não há
reação química, por isso, podemos separar o sistema por
um processo físico.
FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS
Fenômeno é toda e qualquer transformação que
ocorre com a matéria, podendo basicamente ser
classificado em físico e químico.
 FENÔMENO FÍSICO
É todo fenômeno que ocorre sem que haja a
formação de novas substâncias.
São fenômenos físicos: a queda de um corpo, a
reflexão da luz em um espelho, a dilatação dos corpos, a
evaporação do álcool, a fusão do gelo, etc.
chuva
 FENÔMENO QUÍMICO
É todo fenômeno que ocorre com a formação de
novas substâncias.
São fenômenos químicos: a combustão do álcool,
o enferrujamento do ferro, a respiração dos seres vivos,
a fotossíntese realizada pelos vegetais clorofilados, etc.
Filtração - Separa a fase líquida ou
gasosa da sólida por meio de uma
fogo – reação de combustão
superfície porosa que retém o
sólido.Usam-se
papelbibliográfica
filtro ou composta
filtro depor coletânea de leis e textos para o aluno complementar suas anotações de aula.
Esta
apostila é uma referência
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TESTES
01) PUCMG-2001/1º Sem Primeira Fase / Tarde
Quando se passa em frente a uma churrascaria em
atividade, ainda que de longe, percebe-se o cheiro
característico e convidativo do churrasco. O fato ocorre
porque partículas de matéria dispersas no ar atmosférico
chegam até nós.
Assinale a propriedade de matéria percebida:
a) funcional
b) organoléptica
c) solubilidade
d) descontinuidade
02) PUCMG-1998/2º Sem Primeira Fase / Tarde
É propriedade organoléptica de uma substância:
a) densidade.
b) massa.
c) ponto de fusão.
d) cor.
e) sublimação.
03) PUCMG-2000/2º Sem Primeira Fase / Tarde
Ácidos, bases e sais são substâncias familiares a todos
nós e podem ser encontrados ao nosso redor, em nossas
casas e até em nosso organismo, ajudando-nos a viver
melhor. Abaixo, na primeira coluna, estão relacionadas
diversas dessas substâncias e, na segunda coluna, as
suas aplicações.
1. NaOH
2. HCl
3. Ca(OH)2
4. NaHCO3
5. NH4OH
6. H2SO4
( ) utilizado em baterias de automóveis.
( ) principal componente do suco gástrico.
( ) usado como antiácido estomacal.
( ) utilizado em construções civis.
( ) empregado na fabricação de sabão.
( ) integra a composição de certos produtos de limpeza.
A numeração CORRETA da segunda coluna de acordo
com a primeira, de
cima para baixo, relacionando as substâncias com as
respectivas aplicações,
é:
a) 6, 2, 4, 3, 1, 5
b) 2, 6, 3 , 5, 4, 1
c) 6, 4, 3, 1, 5, 2
d) 2, 4, 3, 5, 1, 6
e) 5, 2, 4, 3, 6, 1
04) PUCMG-2000/1º Sem Primeira Fase / Manhã Prova
A
São muitas as frações obtidas do petróleo. O processo
de separação das frações é feito por destilação
fracionada, que se baseia em diferentes:
a) pontos de ebulição
b) densidades
c) solubilidades
d) pontos de fusão
e) polaridades
Atualizada
em 5/8/2011
Química – Parte 05
05) PUCMG-1998/2º Sem Primeira Fase / Tarde
Quando se borrifa água numa chapa superaquecida, as
gotículas do líquido ficam “dançando” na superfície da
chapa. Nesse caso, observa-se o fenômeno de:
a) liquefação.
b) sublimação.
c) calefação.
d) condensação.
e) fusão.
06) Unicamp 1999 2ª Fase
Evidências experimentais mostram que somos capazes,
em média, de segurar por um certo tempo um frasco que
o
esteja a uma temperatura de 60 C, sem nos
queimarmos. Suponha uma situação em que dois
béqueres contendo cada um deles um líquido diferente
(X e Y) tenham sido colocados sobre uma chapa elétrica
de aquecimento, que está à temperatura de 100oC. A
o
temperatura normal de ebulição do líquido X é 50 C e a
o
do líquido Y é 120 C.
a) Após certo tempo de contato com esta chapa, qual dos
frascos poderá ser tocado com a mão sem que se corra
o risco de sofrer queimaduras? Justifique a sua resposta.
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
b) Se a cada um desses frascos for adicionada
quantidade igual de um soluto não volátil, mantendo-se a
chapa de aquecimento a 100C, o que acontecerá com a
temperatura de cada um dos líquidos? Explique.
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
______________________________________________
07) UFMG-2001- Primeira Fase
Na produção caseira de pães, usando-se fermento. É
comum colocar-se uma bolinha de massa em um copo
com água. Inicialmente, a bolinha afunda na água e,
decorrido algum tempo, ela flutua, indicando o momento
de assar os pães.
Considerando-se o fenômeno descrito, É CORRETO
afirmar que a bolinha flutua porque ela
a) fica cheia de água.
b) se dissolve parcialmente na água.
c) se torna menos densa que a água.
c) tem sua massa diminuída.
08) PUCMG-2000/1º Sem Primeira Fase / Manhã
Num início de noite de agosto de 1986, na pequena
cidade de Nyos, num vale da República dos Camarões,
aconteceu um acidente ecológico natural. Subitamente,
uma nuvem baixa, formada de uma imensa bolha de
certo gás (trezentos milhões de metros cúbicos), vinda
do Lago Nyos (situado no morro acima da cidade),
espalhou-se pela cidade e pelo vale, alterando
tragicamente a atmosfera.
O gás da nuvem mortífera, por ser uma vez e meia mais
denso que o ar, expulsou o ar da região, matando por
asfixia, em poucos minutos, mais de mil e duzentas
pessoas, milhares de vacas e aves, centenas de cabras
e carneiros.
Com base nas densidades dos gases e do ar, pode-se
deduzir que o gás do sinistro e traiçoeiro fenômeno foi:
a) ozônio
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b) hélio
c) hidrogênio
d) gás carbônico
e) amônia
Química – Parte 05
13) PUCRIO-1999/1º - Primeira Fase
Dentro de um frasco, estão bem misturados pó de ferro,
areia e sal de cozinha, todos finamente divididos.
Baseado nas operações de:
I - Filtração,
II - Centrifugação,
III - Solubilização em água,
IV - Separação magnética,
V - Decantação,
indique a ordem de procedimentos que separará os três
componentes desta mistura:
(A) I, II, III.
(B) I, III, II.
(C) IV, III, I.
(D) IV, III,II.
(E) III, I, V.
09) PUCMG-1998/2º Sem Primeira Fase / Tarde
É propriedade organoléptica de uma substância:
a) densidade.
b) massa.
c) ponto de fusão.
d) cor.
e) sublimação.
10) FUVEST-1987
O vapor obtido pela ebulição das seguintes soluções:
I Água e Sal
II Água e Açúcar
III Água e Álcool
é constituído de água pura apenas:
a) no caso I.
b) no caso II.
c) no caso III.
d) nos casos I e II.
e) nos casos II e III.
11) PUCMG-1999/2º Sem Primeira Fase / Manhã
Destilação fracionada é processo utilizado na separação
das frações da seguinte mistura:
a) enxofre + salmoura
b) petróleo
c) água + gasolina
d) cloreto de sódio da água do mar
e) mercúrio + água + óleo
12) PUCRIO-1998/2º - Primeira Fase
A água que bebemos no Rio de Janeiro é, em sua maior
parte, desviada do barrento Rio Paraíba do Sul para a
estação de tratamento do Guandu. Lá chegando, a água
é enviada para grandes reservatórios, onde permanece
um certo tempo em repouso. É a primeira fase do seu
processo de purificação, em que as partículas em
suspensão estão sendo separadas por:
a) filtração
b) decantação
c) homogeneização
d) aeração
e) tamisação
8
Atualizada
em 5/8/2011
14) PUCRIO-2000/1º - Primeira Fase
Boa parte da água consumida no Rio de Janeiro é
proveniente do Rio Paraíba do Sul e é rica em materiais
em suspensão. Chegando à estação de tratamento, esta
água é conduzida através de canais contendo telas, para
reter materiais como galhos e folhas, e transportada para
grandes tanques, onde é mantida em repouso. Esta
água, agora mais clara, é levada a um outro tanque,
onde são adicionados agentes coagulantes, que fazem
com que as partículas menores se agreguem e
depositem no fundo. A água, então clareada, está pronta
para receber o cloro e ser distribuída para a população.
Entre os processos de separação descritos, estão, em
seqüência:
a) transporte e clareamento.
b) transporte e flotação.
c) filtração e transporte.
d) decantação e cloração.
e) filtração e decantação.
15) UFAL - Tanto o diamante como a grafita são
formados apenas por átomos de carbono. entretanto,
diferem bastante na maioria de suas propriedades. Isto é
explicado pelo fato de apresentarem diferentes :
a) produtos de combustão
b) estruturas cristalinas
c) massas atômicas
d) núcleos atômicos
e) cargas elétricas
16) UFAL
Os
sistemas
a
seguir
A. água + álcool etílico + óleo
B. ar + poeira
podem ser classificados, respectivamente, como :
a) homogêneo-trifásico e homogêneo-bifásico.
b) heterogêneo-bifásico e heterogêneo-bifásico.
c )homogêneo-monofásico e homogêneo-monofásico
d) heterogêneo-bifásico e homogêneo-monofásico
e) homogêneo-unifásico e heterogêneo-bifásico
17) UFAL - dentre as substâncias químicas : grafite,
celulose, água oxigenada e ozônio, são formados por um
único elemento químico
a) água oxigenada e ozônio
b) celulose e água oxigenada
c) grafite e ozônio
d) celulose e ozônio
e) grafite e celulose
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Química – Parte 05
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18) UFAL - Das seguintes amostras metálicas, qual
pode ser representada por um símbolo químico?
a) latão
b) bronze
c) aço
d) ouro
e) duralumínio
19) (UFSC-ADAPTADA) – Fenômeno químico é aquele
que altera a natureza da matéria, isto é, aquele no qual
ocorre uma reação química. Baseado nessa informação,
analise a(s) proposição (ões) abaixo e escolha aquela (s)
que corresponde (m) a um fenômeno químico:
01) a combustão de álcool ou gasolina nos motores de
automóveis.
02) A precipitação de chuvas.
04)A queima de gás de cozinha.
08) A formação de gelo dentro de um refrigerador.
16) A formação de ferrugem sobre uma peça de ferro
deixada ao relento.
contínua, verifica que, em certo momento, o sal não se
dissolve mais.
A partir deste instante, toda a quantidade adicional
de sal que for colocado no sistema irá depositar ou
precipitar no fundo do recipiente; denomina-se, então,
que a solução se tornou uma solução saturada, ou que
atingiu o ponto de saturação.
Exemplo:
Observe três situações:
 Solubilidade do cloreto de potássio (KCℓ) em
água a 20º C é de 34g do sal em 100g de H2O.
Ponto de fusão
(°C)
Ponto de
ebulição(°C)
I
- 219,0
- 188,2
II
- 101,0
- 34,7
III
- 7,2
58
IV
113,7
183
V
- 40,0
25
VI
- 38,4
357
Considerando os dados apresentados e que as
substâncias
podem
apresentar
estado
físico,
dependendo dos pontos de fusão e de ebulição, concluise que, à temperatura ambiente (25°C), a substância
(assinale as alternativas corretas):
a) I é gasosa
b) II é líquida
c) III é sólida
d) IV é sólida
e) V é volátil
f) VI é líquida
SOLUÇÕES
São misturas homogêneas, constituídas de dois
ou mais componentes (substâncias).
A atmosfera, o mar, as ligas metálicas são
exemplos de soluções.
Nas soluções encontramos:
 Soluto: componente geralmente em menor
quantidade (disperso).
 Solvente:componente que recebe o soluto
(dispersante).
Estudaremos apenas as soluções aquosas.
SOLUBILIDADE
água,
Adicionando-se gradativamente sal de cozinha à
em temperatura constante e sob agitação
Atualizada
em 5/8/2011
SATURADA
INSATURADA
SUPERSATURADA
Observação:
20) (UFGO) – Examine os dados do quadro a seguir:
Substância
Solução
Massa de KCℓ dissolvida em
100g de H2O a 20º C
34g
20g
38g
1 – A solução supersaturada é instável, qualquer
ação mecânica, choques, precipita o excesso, formando
corpo de chão.
2 – Solução diluída: quando a quantidade de
soluto é muito abaixo do ponto de saturação.
Solução concentrada: quando a quantidade de
soluto está muito próximo do ponto de saturação.
COEFICIENTE DE SOLUBILIDADE (KS OU CS)
É a quantidade máxima de soluto que satura uma
quantidade padrão de solvente, em determinadas
condições de temperatura e pressão.
Exercício:
Dado o diagrama da solubilidade em função da
temperatura para vários sais dissolvidos em água,
responda:
Solubilidade (gramas soluto/100g de H2O) KNO3 NaNO3 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 KCℓ
NaCℓ
Ce2(SO4)3
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 o
Temperatura ( C) a) A solubilidade do KCℓ a 60º C.
________________________________________
______
b) Determine a massa de Ce2(SO4)3 que pode ser
dissolvida em 300g de água a 30º C.
________________________________________
______
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Química – Parte 05
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c) Indique o soluto de maior solubilidade a 40º C.
________________________________________
______
d) Qual a massa de água, mínima, para dissolver
10g de KCℓ a 80º C.
________________________________________
______
e) Resfriando uma solução saturada de NaNO3 de
50º C a 40º C, qual a massa de soluto que precipita?
________________________________________
______
RELAÇÕES DE CONCENTRAÇÃO
 Concentração Comum (C)
a quantidade do soluto permanece constante e a
concentração da solução diminui.
A partir desta observação, pode-se relacionar as
unidades de concentração antes e após o processo de
diluição.
Co . Vo = C . V Observação: Uma solução diluída pode ser
transformada em concentrada, bastando para isso que
ocorra a evaporação do solvente.
MISTURA DE SOLUÇÕES DE MESMO SOLUTO
(sem reação química)
Na mistura de soluções de mesmo soluto, em que
não há reação química, deve-se somar volumes e
também somar as quantidades dos solutos.
Co . Vo = C1 . V1 + C2 . V2 3
Unidades usuais: g/L, mg/L, g/cm
 Porcentagem em Massa do soluto ou Título
( )
TESTES
01) A solubilidade de um determinado sal em função da
temperatura apresentou os seguintes resultados.
g de sal / mL de H2O
80
90
120
160
Observação: para pequenas quantidades de
soluto, é costume usar concentrações expressas em
partes por milhão (PPM)
Exemplo: Uma solução com 20 ppm contém 20g
do soluto em 1 milhão de g da solução.
 Densidade da Solução (d)
3
Unidades usuais: g/mL; g/cm
Lembre-se: 1mL = 1 cm3
3
3
1 L = 1 dm = 1000 mL = 1000 cm
 Concentração Molar ou Molaridade (M)
T (ºC)
0
20
40
60
Tentando-se dissolver 80g desse sal em 50 mL de água,
a 20º C, a quantidade do mesmo, em gramas, que não
se dissolve, e de
__________________________________
02) A solubilidade do cloreto de potássio (KCℓ) varia com
a temperatura, segundo a tabela:
S g KCℓ/100g H2O
35
40
50
T (ºC)
30
50
80
De acordo com esta tabela, a massa de KCℓ necessária
para se preparar 1000g de solução aquosa saturada a
50º C é, aproximadamente:
a) 714 g
b) 400 g
c) 286 g
d) 500 g
e) 40 g
03) Quatro tubos contêm 20 mL de água cada um.
Coloca-se nestes tubos dicromato de potássio (K2Cr2O7)
nas seguintes quantidades:
Indica a quantidade de mols (quantidade de
matéria) de soluto em cada litro da solução.
DILUIÇÃO DE SOLUÇÕES
No processo de diluição de uma solução,
adicionamos mais solvente. Importante observamos que
10
Atualizada
em 5/8/2011
MASSA DE
GRAMAS
DE K2Cr2O7
TUBO
A
1,0
TUBO
B
3,0
TUBO
C
5,0
TUBO
D
7,0
A solubilidade do sal, a 20º C, é igual a 12,5g por 100
mL de água. Após agitação, em quais dos tubos
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coexistem, nessa temperatura, solução saturada e fase
sólida?
a) Em nenhum
b) Apenas em D.
c) Apenas em C e D.
d) Apenas em B, C e D.
e) Em todos.
04) No rótulo de um soro fisiológico, lê-se: NaCℓ a 0,9%.
Isto significa que há _______________________ de
NaCℓ em ____________________ de solução.
05) A 20º C foram dissolvidos 36g NaCℓ em água,
completando 136g de solução. Determine a porcentagem
em massa da solução.
Química – Parte 05
11) Uma solução a 5% em massa de hipoclorito de sódio
em água é chamada comercialmente de água sanitária.
Considerando-se a densidade da solução igual a 1,0
g/mL, a massa (em gramas) de hipoclorito necessária
para preparar 1L de água sanitária é:
a) 0,5
b) 5,0
c) 95,0
d) 55,0
e) 50,0
12) Calcular a massa de cloreto de bário necessária para
preparar 500mL de solução de concentração 0,5 mol/L.
(massas molares: Ba=137g/mol e cℓ=35,5 g/mol)
06) Calcule a concentração, em g/L, de um cafezinho
que contém 2g de açúcar em 30mL da bebida.
07) O rótulo de um frasco indica:
Solução aquosa de NaOH d = 1,20 g/mL % em massa = 10% V = 40 mL A partir destes dados, indique:
a) a massa da solução contida no frasco é: ___________
b) a massa do soluto contida nesse frasco é __________
c) a concentração, em g/L, da solução é: _____________
08) Um copo contém 300 mL de um suco, cuja
densidade é de aproximadamente 1 g/mL. Qual a massa
de suco contida neste copo?
a) 30g
b) 150g
c) 50g
d) 300g
e) 100g
09) Calcule a massa de solvente de uma solução que
contém 50g de soluto, cuja porcentagem em massa é de
32%.
10) O limite máximo de “ingestão diária aceitável” (IDA)
de ácido fosfórico, aditivo em alimentos é de 5 mg/kg de
peso corporal. Calcule o volume de refrigerante,
contendo ácido fosfórico na concentração de 0,6 g/L, que
uma pessoa de 60 kg deve ingerir para atingir o limite
máximo de IDA.
Atualizada
em 5/8/2011
13) A massa de hidróxido de sódio puro, em gramas,
necessária para o preparo de 100 mL de uma solução
aquosa 0,001 mol/L é de:
Dados: Na = 23; O = 16; H = 1
14) 200 mL de uma solução de hidróxido de magnésio,
foram preparados, dissolvendo-se 2,9g da base em
água. Qual o volume dessa solução deve ser diluído para
300 mL, de forma a se obter uma solução de molaridade
igual a 0,125M?
Dado: massas molares H=1; Mg=24; O=16
a) 450 mL
b) 100 mL
c) 400 mL
d) 300 mL
e) 150 mL
21) Meio litro de solução 0,48 mol/L de ácido cítrico foi
diluído até o volume final de 800 mililitros. A nova
concentração do ácido, em mol/L, vale:
a) 0,44
b) 0,40
c) 0,38
d) 0,30
e) 0,25
22) Adicionando-se 75 mL de água a 25 mL de uma
solução 0,20M de cloreto de sódio, obtém-se uma
solução molar igual a:
a) 0,010
b) 0,025
c )0,035
d) 0,040
e) 0,050
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