Química Aplicada ao Ambiente

Classificação da Matéria e MediçõesValentim M B Nunes

Unidade Departamental de Engenharias

Instituto Politécnico de Tomar, Fevereiro,2014

CET: ESTTQA-TMR1

Química: a Ciência Central

Química - É uma Ciência experimental que se ocupa do estudo da Matéria e das transformações que nela ocorrem.

Matéria: Tudo o que possui massa e ocupa espaço.

Substância pura: forma de matéria com composição bem definida e propriedades próprias. Exº: H2O, ouro, O2, etc..

Elementos: blocos básicos da matéria! Não podem ser decompostos por meios químicos em substâncias mais simples

Compostos: combinação de dois ou mais elementos unidos quimicamente em proporções bem definidas e constantes.

Misturas: combinação de duas ou mais substâncias que mantêm a sua identidade.

Homogéneas: Constituídas por uma única fase uniforme

Heterogéneas: múltiplas fases.

Conceitos básicos

Classificação da matéria

Transformações físicas: a identidade das substâncias não é alterada.

Transformações químicas: formação ou quebra de ligação química.

Exercício 1. Classifique em elementos ou compostos as seguintes substâncias: a) hidrogénio; b) água; c) ouro; d) metano

Exercício 2. Classifique em elementos ou compostos as seguintes substâncias: a) dióxido de carbono; b) oxigénio; c) flúor; d) octano

Exercício 3. Classifique em elemento, composto, mistura homogénea ou heterogénea: a) gasolina; b) óleo usado; c) árgon gasoso; d) água oxigenada

Elementos

Tabela Periódica

Estados da matéria

Todas as substâncias podem, em princípio, existir em três estados de agregação: sólido, liquido ou gás.

MediçãoA medição é o acto que implica a determinação do valor de uma grandeza a medir, afectada de um erro de exactidão ou incerteza.

A ciência que rege a medição é a metrologia.

Propriedades macroscópicas: medição directa como por exemplo a massa (balança) ou o volume (buretas, pipetas, etc…)

Propriedades microscópicas: medição indirecta, como as propriedades atómicas ou moleculares.

Propriedades intensivas: não dependem da quantidade de matéria: exº densidade, temperatura…

Propriedades extensivas: dependem da quantidade de matéria: exº massa, volume…

Unidades do Sistema Internacional (SI)

Unidades de Base

Grandeza Unidade SI Símbolo

Comprimento metro m

Massa quilograma kg

Tempo segundo s

Corrente eléctrica ampére A

Temperatura kelvin K

Quantidade de matéria mole mol

Unidades derivadas: exº volume (m3); força (N); energia (J), etc.

15.273)(º)( CtKT

Prefixos do SI

Prefixo símbolo significado exemplo

giga G 1 000 000 000 ou 109 1 GJ = 1x109 J

mega M 1 000 000 ou 106 1 MJ = 1x106 J

quilo k 1000 ou 103 1 kg = 1x103 g

deci d 1/10 ou 10-1 1dg = 1x10-1 g

centi c 1/100 ou 10-2 1cm = 1x10-2 m

mili m 1/1000 ou 10-3 1 mm = 1x10-3 m

micro μ 1/1 000 000 ou 10-6 1 μg = 1x10-6 g

nano n 1/ 1 000 000 000 ou 10-9 1 nm = 1x10-9 m

pico p 1/ 1 000 000 000 000 ou 10-12 1 pm = 1x10-12 m

VolumeA unidade derivada do SI para volume é o m3. Os químicos trabalham normalmente com volumes mais pequenos.

33313

36323

m 101m) 101(dm 1

m 101m) 101(cm 1

Uma outra unidade comum, não SI, é o litro.

3

3

dm 1

cm 1000

mL 1000 L 1

Densidade

Density - an Intensive, Physical Property

• For Most materials, density decreases with temperature as thevolume increases -- not so for water

If the density of ice at 0° C is 0.917 g / ml how much mass of ice isthere in 75 ml of ice?

A equação para a densidade é:volumemassa

Exercício 4. A densidade do etanol é 0.798 g/mL. Qual a massa de 17.4 cm3 de etanol?

Exercício 5. A densidade do mercúrio, o único metal liquido à temperatura ambiente, é 13.6 g/mL. Qual a massa de 5.5 mL de mercúrio?

Exercício 6. A temperatura normal do corpo humano é 37 ºC. Qual a temperatura no SI em kelvin?

Exercício 7. O bromo é um liquido avermelhado. Calcular a sua densidade se 586 g de substância ocuparem 188 mL.

Exercício 8. A temperatura de fusão do chumbo é 327.5 ºC. Qual a temperatura em kelvin?

Algarismos SignificativosA contagem de algarismos significativos faz-se da esquerda para a direita, pelo primeiro algarismo diferente de zero. Eis alguns exemplos:

145 3 algarismos significativos1.006 4 algarismos significativos.0.005 1 algarismo significativo.2.00 3 algarismos significativos.

Para números sem casas decimais, os zeros podem ou não ser significativos. Por exemplo 600 pode ter 1,2 ou 3 algarismos significativos. Para eliminar esta ambiguidade deve usar-se a notação científica:

6.00x102 corresponde a 3 algarismos significativos

Notação Científica: mx10e

m – mantissa maior que 1 e menor que 10e – ordem de grandeza

Algarismos SignificativosSoma e subtracção: resultado não pode ter mais dígitos à direita da virgula do que qualquer dos números originais. Exemplos:

0.0123 + 0.12 = 0.1323 = 0.13 (2 casas decimais)89.332 + 1.1 = 90.432 = 90.4 (1 casa decimal)

20.35 – 20.2 = 0.15 = 0.2 (1 casa decimal)2.097 – 0.12 = 1.977 = 1.98 (arredonda para 1.98 com 2 casas decimais)

Multiplicação e divisão: resultado apresenta-se com o nº de algarismos significativos correspondente ao valor com menor número de algarismos significativos. Exemplos:

0.7x2.00 = 1.4 = 113.256/1.30 = 10.1969… = 10.22.8x4.5039 = 12.61092 = 13Etc..

Em cálculos intermédios mantêm-se mais algarismos. Valores exactos não devem ser considerados!

Definições associadas à medição

Exactidão e precisãoExactidão – está relacionada com a proximidade entre o valor medido e o valor verdadeiro da grandeza medida. Pode avaliar-se pelo cálculo do erro absoluto ou do erro relativo:

100adeirovalor verd

dadeiro valor ver- medidovalor

ar

a

EE

E

Precisão – está relacionada com a proximidade entre si dos vários valores medidos. Pode avaliar-se pelo cálculo do desvio-padrão, s, em que n é o número de medições:

11

2__

n

xxs

n

ii

Método do factor unitárioPara converter entre unidades na resolução de problemas químicos usaremos a análise dimensional ou o chamado método do factor unitáriométodo do factor unitário.

Em geral usamos a relação:

desejada unidadedada unidade

desejada unidadedada unidade

Factor unitário!

Exemplo: Converter a densidade da água 0.998 g/mL em kg/m3 (SI)

3-3

61- kg.m 998

m 1mL 101

g1000kg 1g.mL 998.0

Exercício 9. Calcular o número de segundos num ano solar (365.24 dias)

Exercício 10. O limite de velocidade nas auto-estradas em Portugal é 120 km/h. Converta para o SI.

Exercício 11. O cloro é usado para desinfectar piscinas. A concentração para esse feito deve ser 1 ppm ou seja 1g de cloro para cada milhão de gramas de água. Calcular o volume de solução de cloro a 6% em massa que se deve usar numa piscina contendo 2x104 galões de água ( 1 galão = 3.79 L; ρ = 1 g/mL).

Exercício 12. O monóxido de carbono, CO, é um gás venenoso porque se liga fortemente à hemoglobina transportadora de oxigénio no sangue. Uma concentração de 8x102 ppm por volume de CO é considerada letal para os seres humanos. Calcular o volume, em litros, ocupado pelo CO numa sala que mede 17.6 m de comprimento, 8.8 m de largura e 2.64 m de altura com esta concentração.