Fundamentos de Química Conceitos fundamentais da Química

Transcrição

13/08/2015
Fundamentos de Química
Profa. Janete Yariwake
2. Introdução: Conceitos e cálculos
fundamentais
(Estequiometria; Concentrações)
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Conceitos fundamentais da Química
• Lei das proporções definidas (Lei de Proust)
Em uma substância química, os elementos estão sempre presentes
em proporções definidas (em massa).
• Lei da conservação da massa (Lavoisier)
Em uma reação química, não há variação em massa.
• Teoria atômica de Dalton
ατοµο = indivisível
Prof.
Benedito
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Estequiometria
stoichieion = elemento ; metron = medida
στοιχηιειον
µετρον
As reações químicas ocorrem em quantidades definidas.
2 H2
+ 1 O2
1 H2O
A unidade utilizada para cálculos em reações
químicas é o mol .
1 mol = 6,022 x 1023 átomos (ou moléculas, íons, etc.).
Peso (g) de 1 mol de átomos = peso atômico
Ex: 1 mol de Au = 196,97 g
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Estequiometria
Exemplo 1:
A substância química água (H2O) é formada pelos elementos
hidrogênio (H) e oxigênio (O), na proporção de 1 parte de H para 8
partes de O.
Calcule a percentagem em massa de hidrogênio na água.
5
Determinação do peso atomico médio
A Tabela Periódica apresenta o
peso atômico médio de cada
elemento. Ex: cloro = 35,45
Há 2 isótopos naturais do cloro:
35Cl (+ abundante, 75,77 %)
37Cl (24,23 %)
isótopos (grego: ισοτοποσ)
Atomos de um mesmo
elemento químico, com massas
diferentes
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3
13/08/2015
Técnica mais usada atualmente: espectrometria de massas
Sugestão para informações adicionais:
Video-aula introdutória à espectrometria de massas
Profs. Alvaro J. dos Santos-Neto e prof. Emanuel Carrilho (IQSC-USP)
http://eaulas.usp.br/portal/video.action?idItem=5105
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Técnica mais usada atualmente: espectrometria de massas
Sugestão para informações adicionais:
Video-aula introdutória à espectrometria de massas
Profs. Alvaro J. dos Santos-Neto e prof. Emanuel Carrilho (IQSC-USP)
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Estequiometria
stoichieion = elemento ; metron = medida
στοιχηιειον
µετρον
2 H2
+ 1 O2
1 H2O
Peso (g) de 1 mol de moléculas = peso molecular
Ex: 1 mol de H2O = 18,0 g
Hidrogênio: 2 x 1,0 = 2,0
Oxigênio: 1 x 16,0 = 16,0
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A unidade utilizada para cálculos em reações químicas é o mol .
Quando o elemento químico tem mais de um isótopo
natural, devemos considerar o peso atômico médio.
Ex: 1 mol de HCl = 36,5 g
Hidrogênio = 1,0 g
1H (peso atômico = 1,0) ~ 99%
2H (peso atômico = 2,0) ~ 0,015%
3H (peso atômico = 3,0) radioativo; meia-vida curta (12,3 anos)
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13/08/2015
Quando o elemento químico tem mais de um isótopo
natural, devemos considerar o peso atômico médio.
Ex: 1 mol de HCl = 36,5 g
Hidrogênio = 1,0 g
1H (peso atômico = 1,0) ~ 99%
2H (peso atômico = 2,0) ~ 0,015%
3H (peso atômico = 3,0) radioativo; meia-vida curta (12,3 anos)
Cloro = 36,5 g
35Cl (peso atômico = 35,0) ~ 75,8%
37Cl (peso atômico = 37,0) ~ 24,2%
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Fórmulas Químicas
•
Fórmula mínima (= Fórmula empírica)
Fornece o número relativo de átomos de cada elemento químico.
Ex.: NaCl; H2O; CH4
•
Fórmula molecular
Fornece o número efetivo (real) de átomos de cada elemento químico.
Ex.: etano
fórmula molecular C2H4
fórmula mínima = CH2
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Fórmulas Químicas
Fórmula mínima (= Fórmula empírica)
Fornece o número relativo de átomos de cada elemento químico.
Ex.: NaCl; H2O; CH4
Fórmula molecular
Fornece o número efetivo (real) de átomos de cada elemento químico.
Ex.: etano
fórmula molecular C2H4
fórmula mínima = CH2
Fórmula estrutural do
etano
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Os elementos se “combinam”, formando os compostos
(ou substâncias químicas).
Esta combinação ocorre sempre em proporções
definidas.
Lei das proporções
definidas (Lei de Proust)
Em uma substância
química, os elementos estão
sempre presentes em
proporções definidas (em
massa).
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Representação das Reações Químicas
A “combinação” de elementos químicos é representada
modernamente pelas Reações Químicas.
reagentes
produtos
Seta única: reação irreversível
reagentes
produtos
Duas setas: reação reversível
Ex.:
2 H2
+ 1 O2
1 H2O
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A “combinação” de elementos químicos é representada
modernamente pelas Reações Químicas.
reagentes
produtos
Seta única: reação irreversível
reagentes
produtos
Duas setas: reação reversível
Ex.:
2 H2
+ 1 O2
1 H2O (reação irreversível)
As reações químicas devem também descrever
quantitativamente a “combinação” de elementos químicos.
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Lei da conservação da
massa
Em uma reação
química, não há variação
em massa.
Lavoisier
“pai” da Química
Moderna
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As reações químicas devem também descrever
quantitativamente a “combinação” de elementos químicos.
Lei da conservação da massa
Em uma reação química,
não há variação em massa.
Balanceamento de reações químicas
2 H2
+ 1 O2
1 H2O
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Representações das Reações Químicas
Balanceamento de reações químicas
2 H2
+ 1 O2
1 H2O
correto
H2
+ ½ O2
H2O
correto
H2
+ O
H2O
ERRADO !!!
O elemento químico “oxigênio” não reage com
o hidrogênio na forma monoatômica (O).
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Reações Químicas
-
As reações químicas podem ocorrer:
em fase gasosa
em fase sólida
-
em solução
solvente = água
solvente ≠ água
As reações em soluções não-aquosas são estudadas
principalmente nas disciplinas de Química Orgânica.
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13/08/2015
2o Bloco: Soluções. Equilíbrio Químico em
solução aquosa
• Soluções: íons e estado de oxidação. Dissolução e
ionização. Solvatação.
• Reações em solução e equilíbrios iônicos em solução
aquosa.
• pH e autoionização. Ácidos e bases de Arrhenius.
Acidez e eletronegatividade. Efeito tampão.
• Reações de oxidação e redução. Potencial padrão de
redução. Equação de Nernst. Condutividade iônica.
Pilhas e baterias; corrosão; eletrólise.
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Reações Químicas
-
As reações químicas podem ocorrer:
em fase gasosa
em fase sólida
em solução. soluto = substância
presente em menor
proporção
solvente = substância presente em
maior proporção
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Cálculos de concentração de soluções
(água como solvente)
1) concentração (c)
c=
m = massa do soluto
V = volume de solução
2) concentração molar (molaridade; [ ] )
[ ]=
n = número de moles do soluto
V = volume de solução (L)
23
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Concentração (c)
c=
m = massa do soluto
Ex:
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Concentração (c)
Importante: os valores de
concentração devem ser
sempre apresentados usando
unidades (massa, volume)
c=
m = massa do soluto
Ex.: Qual a concentração de NaCl em uma solução preparada
dissolvendo-se 58,45 g NaCl em 0,5 L de água ?
Dados : peso atômico
c=
=
,
,
Na = 23,0
Cl = 35,45
c = 116,9 g/L
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Concentração molar (molaridade; [ ] )
[ ]=
=
Ex.: Qual a [NaCl] em uma solução preparada dissolvendo-se 58,45 g
NaCl em 0,5 L de água ?
[NaCl] =
=
Na = 23,0
Cl = 35,45
.
=
,
,
. ,
[NaCl] = 1,0 mol/L
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Concentração molar (molaridade; [ ] )
[ ]=
=
Ex.: Qual a [NaCl] em uma solução preparada dissolvendo-se 58,45 g
NaCl em 0,5 L de água ?
[NaCl] =
=
Importante: os valores de
concentração molar também
devem ser apresentados
usando unidades
Na = 23,0
Cl = 35,45
.
=
,
,
. ,
[NaCl] = 1,0 mol/L
Bloco 1. Conceitos e cálculos fundamentais
Exercícios selecionados para
“estudo dirigido”
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Bibliografia - Exercícios selecionados
Exercícios retirados dos seguintes livros-texto:
J.E. Brady, G.E. Humiston. Química Geral, vol. 1 (2ª ed., 1986).
P. Atkins, L. Jones. Princípios de Química (5ª ed., 2012)
e-Aulas recomendadas (para “revisão”)
e-Aulas (portal e-Aulas USP)
•Estequiometria e representação de reações químicas
Prof. Guilherme A. Marson
•Estequiometria de reações
Prof. Guilherme A. Marson
29
Exercícios selecionados - Estequiometria:
Exercícios do Brady, vol. 1 (cap. 2):
2.4
2.8
2.9
2.11
2.12
2.15
cálculo do número de moles
massa de 1 átomo
cálculos de peso molecular (= “peso fórmula”)
cálculo % massa (composição centesimal)
fórmula mínima
fórmula molecular
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15
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Exercícios selecionados - Estequiometria:
Exercícios do Atkins, 5ª ed. (cap. E - Fundamentos):
pg F39 / E1
pg F39 / teste E1B
cálculo do número de moles
pg F41 / E3
pg F42+ F43 / E.4
pg F47 + F48 F2
cálculo da massa molar média (Cl35 e Cl37)
cálculo da % massa (composição %)
cálculo da fórmula mínima
31
Exercícios selecionados – Cálculos de concentração
Exercícios do Brady, vol. 1 (cap. 2):
2.25
2.26
cálculos de molaridade (= “concentração molar”)
2.27
cálculos de preparo de soluções
Exercícios do Atkins, 5ª ed. (cap. E - Fundamentos):
pg F 55+ F 56 / G.2
pg F 57 + F58 / G.4
cálculos de preparo de soluções
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Fundamentos de Química Conceitos fundamentais da Química

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