Energia (introdução)

A energia...
...é uma grandeza física de difícil definição.
...não é uma substância, nem uma força, nem a causa dos fenómenos.
...pode associar-se a materiais e a situações de ação.
...pode transferir-se entre corpos.
... manifesta-se de diferentes formas.
...classifica-se em primária ou secundária e em renovável e não-renovável.
...tem duas formas fundamentais.

Experiências 12 / 13 / 14 / 15 (800 / 900 / 1000 /1100)

Fatores que influenciam a velocidade das reações químicas

Concentração dos Reagentes

Material:
- 2 copos de precipitação;
- 2 quadrados de cartolina;
- 1 marcador preto;
- 2 provetas de 50 mL;
- 3 provetas de 10 mL;

Reagentes:
- Solução aquosa de tiossulfato de sódio;
- Ácido clorídrico diluído.

Procedimento:
1- Desenhar uma cruz em cada um dos quadrados de cartolina;
2- Numa proveta, medir 50 mL de solução aquosa de tiossulfato de sódio e transferi-la para um copo de precipitação;
3- Com uma proveta medir 5 mL de solução aquosa de tiossulfato de sódio e adicionar água até chegar aos 50 mL. Transferir esta solução para outro copo de precipitação;
4- Colocar cada um dos copos em cima do quadrado de cartolina;
5- Medir, em duas provetas, 5 mL de solução de ácido clorídrico;
6- Adicionar, simultaneamente, o ácido clorídrico às soluções contidas nos copos de precipitação e observar.

Conclusão:
- Como variou a velocidade da reação com a concentração da solução de tiossulfato de sódio?

Estado de divisão de um Sólido
Nota: antes de colocar o prego ou o pó de ferro no tubo de ensaio, é necessário pôr o tubo vazio na balança e usar a função "tara", para que o valor indicado na balança seja zero.

Material:
- Balança;
- 2 tubos de ensaio;
- Proveta de 10 mL.

Reagentes:
- Solução aquosa de sulfato de cobre;
- Pó de ferro;
- Pregos de ferro.

Procedimento:
1- Colocar o prego num dos tubos de ensaio em cima da balança e registar o valor da massa;
2- Pesar igual massa de pó de ferro no outro tubo de ensaio;
3- Adicionar simultaneamente cerca de 5 mL de solução aquosa de sulfato de cobre a cada um dos tubos de ensaio. Observar.

Conclusão:
- Como variou a velocidade da reação com o estado de divisão do ferro?

 Temperatura

Material:
- 2 copos de precipitação;
- Tina com água gelada;
- Placa de aquecimento;
- Proveta de 50 mL;
- 2 provetas de 5 mL.

Reagentes:
- Solução aquosa de tiossulfato de sódio;
- Ácido clorídrico diluído.

Procedimento:
1- Numa proveta, medir 50 mL de solução aquosa de tiossulfato de sódio e transferi-lo para um copo de precipitação. Repetir este procedimento, utilizando outro copo de precipitação;
2- Colocar na placa de aquecimento um copo de precipitação;
3- Colocar na tina com água gelada o outro copo de precipitação;
4- Medir, em duas provetas, 5 mL de solução de ácido clorídrico;
5- Adicionar, simultaneamente, o ácido clorídrico às soluções contidas nos copos de precipitação e observar.

Conclusão:
- Como variou a velocidade da reação com a temperatura?

Presença de Catalisadores

Material:
- 2 tubos de ensaio;
- Suporte de tubos de ensaio;
- Canivete.

Reagentes:
- Água-oxigenada a 30 volumes;
- Batata.

Procedimento:
1- Colocar cerca de 5 mL de água oxigenada em cada tubo de ensaio;
2- Descascar a batata, retirar-lhe um pedaço e coloca-lo num dos tubos de ensaio. Observar.

Conclusão:
- Qual é a ação da batata nesta reação?

Fatores que Influenciam a Velocidade das Reações Químicas

A velocidade das reações químicas pode ser influenciada por diferentes fatores. Eles são:



A- Solução Diluída | B- Solução Concentrada



- Concentração dos reagentes aquoso

(solvente água):

Aumentando a concentração de um dos reagentes aumenta a velocidade da reação química ⇨ se houver muitos reagentes, os produtos de reação formam-se mais rapidamente, ou seja, chocam mais e mais fortemente.

 

concentração = m soluto ÷ v solução

 

 

- Estado de divisão dos reagentes sólidos:

Aumentando o estado de divisão dos reagentes sólidos, a velocidade da reação química aumenta ⇨ se os reagentes sólidos estiverem muito divididos, a superfície em contacto com o exterior é maior, ou seja, reagem mais facilmente.

- Temperatura:

Aumentando a temperatura dos reagentes a velocidade da reação química aumenta ⇨ se os reagentes estiverem a temperaturas altas, mais rapidamente reagem , ou seja, se estiverem a temperaturas baixas, reagem mais lentamente.

- Luz:

Aumentando a luz nos reagentes, a velocidade da reação química aumenta ⇨ se os reagentes estiverem na presença de luz, mais rapidamente reagem, ou seja, se estiverem na presença de pouca luz reagem mais lentamente ou não reagem.

- Presença de Catalisadores:
Os catalisadores são substâncias que numa determinada reação química alteram a sua reação, mas não se consomem, podendo ser utilizados outra vez. Cada catalisador tem uma reação química.

Tipos de catalisadores:
- catalisadores positivos / catalisadores: aceleram a reação química (aumentam a sua velocidade);
- catalisadores negativos / inibidores: retardam a reção química (diminuem a sua velocidade) - ex: sal, azeite, óleo, açúcar, vinagre, fumeiro.
- catalisadores biológicos / enzimas: são substâncias que existem nos seres vivos e que são específicas, ou seja, cada enzima tem a sua função - ex: leveduras.

Iões e Substâncias Iónicas

 IÕES 
Os iões são partículas com carga elétrica que derivam de um átomo ou de um conjunto de átomos (molécula) por:
- perda de eletrão(ões): ião positivo ou catião;
- ganho de eletrão(ões): ião negativo ou anião.

Os iões podem ser:
- monoatómicos: quando são constituídos por um único átomo;
  EX: Al3+, Pb2+ , F - , O2-.
- poliatómicos: quando são constituídos por mais do que um átomo.
  EX: NH4+, CrO42- , Cr2O72- , NO3- .

 
 SUBSTÂNCIAS IÓNICAS 

As substâncias iónicas são constituídas por iões positivos e negativos, ou seja, são substâncias neutras (não têm carga elétrica).

 

Para escrever a fórmula química é necessário que:

- se represente primeiro o ião positivo e depois o ião negativo (quando se escreve o nome é ao contrário: primeiro o nome do ião negativo e depois o nome do ião positivo);

- o número de cargas positivas e o número de cargas negativas são iguais, o que significa que os iões que se combinam tem uma proporção.

 

Exemplos de representações:

Cloreto (Cl ^-) de Sódio (Na⁺) ⇨ Fórmula Química: NaCl
Como o número de cargas do ião positivo e do ião negativo é igual, cada catião combina-se com um anião.

Dicromato (Cr₂0₇^2-) de Potássio (K⁺) ⇨ Fórmula Química: K₂Cr₂0₇
Como o número de cargas do anião é o dobro do número de cargas do catião, o número de catiões tem que ser dobrado.

Nitrato (NO₃^-) de Cálcio (Ca²⁺) ⇨ Ca(NO₃)₂
Como o número de cargas do catião é o dobro do número de cargas dos anião, o número de catiões tem que ser dobrado (como NO₃ tem o 3 colocam-se parênteses entre a fórmula química e depois o numero necessário).

Óxido (O^2-) de Ferro(III) (Fe³⁺) ⇨ Fe₂O₃
Como o múltimo comum do número de catiões e aniões é 6 tem que se colocar o número de aniões à frente do catião e o número de catiões á frente do anião.

Acerto de Equações Químicas

Combustão do Metano:

metano (g) + oxigénio (g) → dióxido de carbono (g) + água (l)

    CH₄ (g)  +     O₂ (g)      →       CO₂ (g)           +  H₂O (l)

 

Para se acertar uma reação química colocam-se algarismos antes das fórmulas químicas (coeficientes estequiotérmicos) - NUNCA SE ALTERA A FÓRMULA QUÍMICA

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (l)

1C        42O                  1C       42H

4H                            2O + 21O = 43O

 

Primeiro contam-se o número de átomos de cada elemento químico que há nos reagentes e nos produtos de reação.

Depois colocam-se os algarismos necessários antes de cada molécula até o número de átomos ficar equivalentes nos dois lados.

 

Conclusão: o número total de átomos de cada elemento químico nos reagentes é igual ao número total de átomos do elemento químico nos produtos de reação.

 

Lei de Conservação da Massa / Lei de Lavoisier:

Segundo a Lei de Lavoisier a massa total dos reagentes é igual á massa total dos produtos de reação.

 

      "Na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma."

                                                    Antoine Lavoisier (1743 - 1794)

Moléculas

Uma molécula é constituída por 2 ou mais átomos, ou seja, quando os átomos ligam-se quimicamente entre si formam moléculas.

Exemplos de moléculas:
Hidrogénio - H₂  - 2 átomos de hidrogénio (H) ligados entre si;
Oxigénio - O₂  - 2 átomos de oxigénio (O) ligados entre si;
Azoto (nitrogénio) - N₂ - 2 átomos de azoto (N) ligados entre si;
Água - H₂O - 2 átomos de hidrogénio (H) e 1 átomo de oxigénio (O) ligados entre si;
Dióxido de Carbono - CO₂ - 1 átomo de carbono (C) e 2 átomos de oxigénio (O) ligados entre si;
Monóxido de Carbono - CO - 1 átomo de carbono (C) e 1 átomo de oxigénio (O) ligados entre si.

Diferenças entre representação de átomos e moléculas:
Um átomo de oxigénio (livre): O
Dois átomos de oxigénio (livres): 2O
Uma molécula de oxigénio: O₂
Duas moléculas de oxigénio: 2O₂ (2x2O= 4O) - tem 4 átomos
Duas moléculas de amoníaco: 2NH3 (2xN=2N e 2x3H=6H) - tem 8 átomos
Dez moléculas de água: 10H₂O (10x2H=20H e 10xO=10O) - tem 30 átomos

Moléculas Elementares - moléculas constituídas por átomos do mesmo elemento químico. ex: H_{2 ,} O_{2 ,} N₂

Moléculas Compostas - moléculas constituídas por átomos de diferentes elementos quiímicos. ex: H₂O , CO_{2 ,} CO , CH4 , NH3

Elementos Químicos

Cada elemento químico tem o seu símbolo químico. Estes símbolos químicos são necessários para representar as diferentes moléculas existentes.

O símbolo químico de todas as substâncias tem a letra inicial do elemento químico (boro - B) e, se necessário, mais uma (hélio - He) ou duas letras (unúntrio - Uut) minúsculas.

A leitura dos símbolos químicos é feita da seguinte forma: lê-se letra a letra (ex: Ne não se lê "NÉ", lê-se "éne - é").

Pincipais elementos químicos:

Código das principais cores (na representação gráfica de átomos dos diferentes elementos químicos):

Átomo

Como já disse anteriormente toda a matéria é constituída por átomos.

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O átomo é uma partícula elementar constituinte de toda a matéria, indivisível, constituído por partículas sub-atómicas e sem carga elétrica (nula).

 

Constituição do átomo:

 

-Se repararmos o átomo tem eletrões (-1), protões (+1) e neutrões (0), ou seja, se somarmos todos os valores das cargas elétricas existentes (-1+1+0) o resultado será 0, portanto o átomo tem carga elétrica nula ou não tem carga elétrica - é uma partícula neutra.

-Mesmo que o átomo não tenha apenas uma partícula de cada um (eletrão, protão e neutrão), tem sempre o mesmo número de protões e eletrões, ou seja, é sempre uma partícula neutra (se repararmos na imagem, o átomo representado tem 12 partículas de eletrões, protões e neutrões).

- Há diferentes tipos de átomos, ou seja, há átomos de diferentes Elementos Químicos.

- Os átomos ligam-se quimicamente entre si e formam Moléculas.

Experiências 9 / 10 / 11 (500 / 600 / 700 visualizações)

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Natureza corpuscular da matéria

Esta atividade experimental serve para verificar a teoria cinético-corpuscular

 A
Material:
- Provetas graduadas de 50 ml e 25 ml;
- 15 ml de feijão;
- 15 ml de ervilhas;
- 15 ml de massinhas.

Procedimento:
1- Numa proveta, medir cuidadosamente os volumes indicados de ervilhas, feijão e massinhas;
2- Deitar as quantidades medidas numa única proveta de 50 ml.

 B
Material:
- Provetas de 50 ml e 25 ml;
- Água;
- Vareta comprida;
- Açúcar.

Procedimento:
1- Medir cuidadosamente 40 ml de água;
2- Medir 5 ml de açúcar;´
3- Com o auxílio da vareta, dissolver o açúcar na água;
4- Ler o volume final da solução.

 C
Material:- 2 copos de vidro;
- Cristais de permanganato de potássio;
- Placa de aquecimento;
- Água.

Procedimento:
1- Colocar água num dos copos de vidro até metade da sua capacidade;
2- Adicionar 3 ou 4 cristais de permanganato de potássio e registar o que se observa. Não agitar a água;
3- Repetir os procedimentos 1 e 2, utilizando outro copo, mas agora aquecendo a água.

Constituição da Matéria

A constituição da matéria é interpretada pela teoria cinético-corpuscular:

- toda a matéria é constituída por corpúsculos (pequeníssimas partículas);

- entre os corpúsculos existem espaços vazios, ou seja, a matéria é descontínua;

- os corpúsculos estão em constante movimento;

- os corpúsculos têm movimentos mais rápidos à medida que a temperatura aumenta.

Toda a matéria é constituída por átomos e os corpúsculos podem ser átomos, moléculas ou iões.

Movimento dos corpúsculos nos diferentes estados físicos:

- Sólido: os espaços vazios entre os corpúsculos são muito poucos, o movimento deles é muito pouco, a força entre eles é muito forte, a organização deles é grande, a forma é própria e constante, o volume é constante e a compressibilidade é muito pouca.

- Líquido: os espaços vazios entre os corpúsculos são poucos, o movimento deles é pouco, a força entre eles é forte, a organização deles é pouca, a forma é a do recipiente (variável), o volume é constante e a compressibilidade é pouca.

- Gasoso: os espaços vazios entre os corpúsculos são muitos, o movimento deles é muito, a força entre eles é fraca (praticamente inexistente), a organização deles é muito pouca (desorganizados), a forma é variável, o volume é variável e a compressibilidade é muita.

Distribuição dos corpúsculos nos diferentes Estados Físicos

Reações Ácido-Base

ANTIÁCIDOS

Alguns medicamentos utilizados para combater a azia são designados por "antiácido" porque reduzem o efeito de excesso de ácido no estômago, aliviando a dor. Os antiácidos têm características básicas. Os ácidos e as bases juntam-se e originam novas substâncias. Também se poderia designar um ácido como "antibase".



Alguns exemplos de Antiácidos

REAÇÕES ÁCIDO-BASE

As reações ácido-base (reações de neutralização) são reações entre um ácido e uma base. Os produtos destas reações são a água e uma substância que recebe o nome de sal (que pode ser ácido, neutro ou básico). Durante as reações ácido-base ocore uma variação do valor do pH.

Exemplos de reações ácido-base:

- reação entre o ácido sulfúrico (ácido) e o hidróxido de potássio (base), resulta a formação de água e sulfato de potássio (sal):

    ácido sulfúrico + hidróxido de potássio → água + sulfato de potássio

        (ácido)                       (base)                               (sal)

- reação entre o ácido clorídrico (ácido) e o hidróxido de sódio (base), resulta a formação de água e cloreto de sódio (sal) - não é sal da cozinha:

    ácido clorídrico + hidróxido de sódio → água + cloreto de sódio

           (ácido)                  (base)                          (sal)

Reações ácido-base no dia a dia:

- tratamento da azia com medicamentos antiácidos;

- quando se coloca vinagre sobre a picada de uma vespa, o alívio da dor deve-se à reação entre este ácido (vinagre) e a solução alcalina introduzida pela ferroda da vespa;

- quando se coloca uma substãncia básica sobre a picada de uma abelha, o alívio da dor deve-se à reação entre a base e a substância ácida que foi introduzida pela ferroada da abelha;

- o organismo humano tem mecanismos de compensação para que o pH do sangue se situe entre 7,35 e 7,45;

- o pH dos solos é, por vezes, corrigido para de adaptar às culturas que nele de pretendem desenvolver, através da adição de materiais básicos para aumentar o pH do solo ou ácidos para diminuir o pH.

Experiência 8 (400 visualizações)

Identificar o caráter químico e o pH de soluções

O objetivo desta atividade experimental é aprender a identificar o caráter químico (através de indicadores) e o pH de soluções (com fita de papel indicador universal ou indicador universal em solução).

Material:
- 14 gobelets;
- Fita de papel indicador universal / Indicador universal em solução.

Reagentes:
- Lixívia;
- Vinagre;
- Água destilada;
- Solução de cloreto de sódio;           - Solução Alcoólica de Fenolftaleína;
- Detergente amoniacal;                   - Tintura azul de tornesol.
- Ácido clorídrico;
- Solução de hidróxido de sódio;

Procedimento:

(sugestão: utilizar a tabela colocada no final da experiência para os registos)

1- Colocar cada uma das 7 soluções dos reagentes em dois gobelet e identificar cada um

com o nome da solução;

2- Colocar algumas gotas de solução alcoólica de fenolftaleína num gobelet de cada uma das soluções (e identificar no gobelet que tem fenolftaleína) - anotar na tabela a cor que ficou a solução;

3- Coloca algumas gotas de tintura azul de tornesol no outro gobelet de cada uma das soluções (e identificar também que tem tintura azul de tornesol) - anotar na tabela a cor que ficou a solução;

4- Com a ajuda da publicação sobre os Indicadores, descobrir através das cores que as soluções ficaram, o seu caráter químico e anotar na tabela;

5- Com fita de papel indicador universal ou indicador universal em solução medir o pH de cada uma das soluções e anotar na tabela.

Tabela:

Escala de pH

A escala de pH permite medir a maior ou menor acidez ou basicidade de uma solução (para soluções pouco concentradas e à temperatura de 25ºC). Representa-se sempre com a letra "p" minúscula e a letra "H" maiúscula. A maior ou menor acidez ou basicidade depende da concentração da solução e da força do ácido e da base respetiva.

 

A escala de pH varia entre 0 e 14:

- 1 a 6 --> Soluções Ácidas (quanto menor for o número maior é a acidez);

- 7 --> Soluções Neutras;

- 8 a 14 --> Soluções Básicas (quanto maior for o número maior é a basicidade).

 

 





 

 

 COMO MEDIR? 

Introdução: como já escrevi na publicação "Soluções Ácidas, Básicas e Neutras" para se saber o caráter químico de uma substância (ácido, básico ou neutro) utilizam-se indicadores, mas estes apenas nos dizem o caráter químico e não o pH (ex: soluções ácidas podem variar entre 1 e 6).

 

Para medir o pH existem três maneiras:

 

-com um aparelho medidor de pH (liga-se o aparelho à solução - através de um eletrodo - e verifica-se o número que apareceu no leitor);

 

 

-com indicador universal em solução (colocam-se gotas do indicador na solução e verifica-se no grelha a que número corresponde a cor em que ficou a substância);

 

-com uma fita de papel impregnado com indicador universal (coloca-se uma gota da solução na fita, e verifica-se na roda a que número corresponde a cor que apareceu).

 



Experiência 7 (350 visualizações)

Determinação do caráter químico de algumas substâncias

Objetivo: detetar o caráter químico (ácido, básico ou neutro) de uma solução através de indicadores (fenolftaleína e tintura azul de tornesol).

Material:

- Suporte para tubos de ensaio;

- 12 tubos de ensaio.

Reagentes:

- Detergente amoniacal;

- Solução aquosa de ácido clorídrico;

- Solução aquosa de sal de cozinha;

- Solução aquosa de hidróxido de sódio;

- Água destilada;

- Vinagre;

- Tintura azul de tornesol;

- Fenolftaleína.

Procedimento:

1- Colocar cerca de 2ml de cada uma das soluções em dois tubos de ensaio e identificá-los com 1A e 1B, 2A e 2B, e assim sucessivamente, até 6A e 6B;

2- Colocar duas gotas de fenolftaleína em cada um dos tubos de ensaio identificados com a letra A;

3- Colocar duas gotas de tintura azul de tornesol em cada um dos tubos de ensaio identificados com a letra B;

4- Observar os resultados.

Conclusões:

- Que substâncias são ácidas?

- Que substâncias são básicas?

- Que substâncias são neutras?

Soluções Ácidas, Básicas e Neutras

 Soluções Ácidas 

As soluções ácidas apresentam as seguintes características:

- têm sabor azedo;

- reagem com os metais, produzindo hidrogénio;

- conduzem a eletricidade;

- alteram a cor de certos corantes vegetais.

Fig. 1 - Soluções Ácidas (bebida gaseificada, vinagre, maçã,
uvas e citrinos - laranjas, tangerinas, toranjas, limões, limas, etc)

Alguns ácidos:

- ácido acético (vinagre);

- ácido fosfórico (bebidas gaseificadas);

- ácido cítrico (citrinos);

- ácido málico (maçãs);

- ácido tartárico (uvas).

 Soluções Básicas 

As soluções básicas ou alcalinas apresentam as seguintes características:

- têm sabor amargo;

- são escorregadias ao tato;

- conduzem a eletricidade;

- alteram a cor de certos corantes vegetais.



Fig. 2 - Soluções Básicas (pasta de dentes, antiácido
efervescente, sabão líquido, detergente e lixívia)



Algumas bases:

- amoníaco (detergentes);

- hipoclorito de sódio (lixívia).

 Soluções Neutras 

As soluções neutras nem têm caráter químico ácido nem caráter químico básico, ou seja, têm caráter químico neutro.



Fig. 3 - Soluções Neutras (água pura, açúcar, sabonete e sal)

Indicadores

Os indicadores são substâncias naturais/sintéticas que em presença de uma solução ácida, básica e neutra a sua cor altera-se. Os principais indicadores são a tintura azul de tornesol e a solução alcoólica de fenolftaleína. Os indicadores são importantes para detetar o caráter químico (ácido, básico ou neutro) de uma solução.

Em presença da tintura azul de tornesol:

- Soluções Ácidas - ficam vermelhas;

- Soluções Neutras - ficam azul-arroxeado;

- Soluções Básicas - não sofre alterações (roxo).

Em presença de solução alcoólica de fenolftaleína:

- Soluções Ácidas - não sofre alterações (incolor);

- Soluções Neutras - não sofre alterações (incolor);

- Soluções Ácidas - ficam rosa carmim.



 CURIOSIDADE  ----------------------------------------------------------

As hortênsias contêm um corante que, na presença de ácidos, é azul e, na presença de bases, torna-se cor-de-rosa. Assim, esse corante funciona como indicador do caráter ácido ou básico do solo.





Fig. 4 - Hortênsias (azul - solo ácido | cor-de-rosa - solo básico)

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