Introdução ao Estudo da Química

A Química é uma ciência que surgiu da curiosidade humana em torno da composição de todas as coisas e do funcionamento do mundo que nos cerca. Atualmente, a Química é definida basicamente como a ciência que estuda a matéria, suas transformações e as energias envolvidas nesses processos.

Matéria, no estudo de Química, é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e que, portanto, tem volume e massa. Assim sendo, a Química estuda substâncias naturais e artificiais, visíveis e invisíveis, minerais, vegetais e animais.

Esse conceito de matéria é apenas um dos que precisam ser compreendidos para uma introdução à Química. Existem também outros conceitos fundamentais que devem ser entendidos para a progressão no estudo dessa ciência. Veja alguns:

* Corpo: amostra ou porção limitada da matéria. Por exemplo, a árvore é matéria. Então, se cortarmos o caule da árvore, uma tora de madeira obtida será um corpo;

* Objeto: corpo que sofreu alterações e foi produzido para a utilização do ser humano. Por exemplo, uma tora de madeira é transformada em uma cadeira (objeto);

* Sistema: corpo submetido a uma observação. Por exemplo, considere que um químico está realizando um experimento em uma placa de Petri como a mostrada a seguir. Tudo que está dentro da placa de Petri é o nosso sistema, o que estiver de fora é a vizinhança;

* Transformação da matéria: qualquer processo (ou conjunto de processos) pelo qual se modificam as propriedades de determinado material. As transformações da matéria são também denominadas fenômenos, que podem ser físicos (não alteram a estrutura ou a constituição da matéria) ou químicos (alteram a estrutura ou a constituição da matéria). Quando amassamos um papel, por exemplo, temos uma transformação ou fenômeno físico; por outro lado, se queimamos um papel, temos um fenômeno químico;

* Energia: é a propriedade de um sistema que lhe permite realizar trabalho. Por exemplo, a energia química dentro dos alimentos é transformada no nosso organismo em energia que gera o trabalho que nosso corpo realiza nas atividades diárias e também o calor que aquece o nosso corpo.

Ao aprofundar seus estudos em Química, você verá que, de acordo com os objetos de estudo, essa ciência pode dividir-se nos seguintes três ramos principais:

* Química Orgânica: estuda os compostos do carbono;

* Química Inorgânica: estuda todos os demais elementos químicos e seus compostos;

* Físico-Química: estuda os princípios da Química, abordando os fenômenos que são observados nas reações químicas entre quantidades macroscópicas das substâncias.

Laboratório de Química usado para realizar experimentos e comprovar por meio de provas verídicas seus argumentos

A Química pode estudar a matéria e suas transformações a partir de três níveis:

* Nível macroscópico: estuda as propriedades dos objetos grandes e visíveis;

* Nível microscópico: estuda o mundo invisível aos nossos olhos que explica o que é observado macroscopicamente, ou seja, interpreta os fenômenos que podem ser vistos em termos do reordenamento dos átomos;

* Nível simbólico: é a representação dos fenômenos químicos através de símbolos, fórmulas e equações matemáticas.

Sendo assim, pode parecer que a Química limita-se à teoria e às pesquisas de laboratório ou à produção industrial. Mas ela é uma das ciências que estão mais presentes em nosso cotidiano e dentro de nós mesmos.

Unidades de medida

A conversão de medidas é importante para resolver questões de matemática, assim como de física. Quando um problema apresenta diferentes unidades de medida, a conversão é necessária para solucionar a questão. As unidades de medidas estão presentes no nosso cotidiano. Repare que muitas vezes vemos escrito nas caçambas espalhadas pelas ruas “5 m³” ou, no final dos rótulos de xampus, “100 ml”. E até mesmo o bonito piso que gostaríamos de ter em nossas casas é vendido pelo “metro quadrado”. Mas, afinal, o que significam essas medidas? Para facilitar, iremos tomar como base a unidade de comprimento: metro. Depois, veremos os demais casos que completam o sistema métrico.

Unidades De Comprimento

Ao medirmos a altura de uma pessoa, usamos a unidade conhecida como “metro”: 1,60m, 1,83m etc. Mas seria muito difícil se usássemos a mesma unidade para calcular a distância entre cidades ou países, pois são longas distâncias, ou seja, números que podem ser muito grandes. Teríamos dificuldade também ao escrever a espessura de um fio de cabelo ou a tampa de uma caneta: pequenas distâncias, pequenos números. Logo, para resolver esse problema, criou-se uma convenção para as unidades de comprimento. Do maior ao menor: quilômetro, hectômetro, decâmetro, metro, decímetro, centímetro e milímetro. Seus símbolos são respectivamente: km, hm, dam, dam, m, dm, cm, mm.

Tomando o metro como referência, temos:

Unidades De Área

Mas e para medir o piso que gostaria de colocar na minha casa? Ou o terreno da minha casa? Lembre-se de que para calcular a área de um quadrado, basta multiplicar comprimento de seu lado duas vezes (o que chamamos de elevar ao quadrado). Então a unidade de área é basicamente elevar ao quadrado a unidade de comprimento. Portanto temos:

Unidades De Volume

Repare que, para descrever as unidades de área, multiplicamos as unidades duas vezes. O caso do volume será muito parecido. Basta lembrar que para calcular o volume de um cubo, devemos fazer a multiplicação do comprimento de suas arestas três vezes (elevar ao cubo), portanto, basta multiplicar essa quantidade de vezes a unidade de comprimento.

 

Outras Unidades De Medida

Unidades de Massa 

Grama (g). Deve ser tratado de maneira semelhante ao da unidade de comprimento. Daí, temos: quilograma (kg), hectograma (hg), decagrama (dag), grama, decigrama, centigrama e miligrama. Acrescentando a tonelada (ton). Onde, 1ton = 1.000kg.
Unidades de Capacidade

Litro (l). Também deve ser tratado da mesma maneira que o metro. Então existem: quilolitro (kl), hectolitro (hl), decalitro (dal), litro (l), decilitro (dl), centilitro (cl), mililitro (ml). E suas conversões serão da mesma forma do metro.

Lembrando que existe uma relação direta entre a unidade do litro e a unidade de volume m³: 1l = 1dm³.

 

Unidades de Tempo

Juntamente com o metro, as unidades de medição do tempo são, talvez, as mais comuns. Segundo (s). E as demais: minuto, hora, dia, ano, década, século e milênio.

1 milênio = 1000 anos ; 1 ano = 365 dias ; 1 dia = 24horas ; 1 hora = 60 min ; 1 minuto = 60 segundos.

Propriedades dos materiais

As propriedades dos materiais se dividem em específicas e gerais.

As propriedades gerais são características comuns em quase todas as substâncias, já as específicas dizem respeito a uma ou um pequeno grupo de substâncias.

Propriedades gerais

A) Extensão
Extensão é todo o espaço ocupado pela matéria.

B) Inércia
É uma propriedade responsável por preservar o movimento ou repouso da matéria uniforme e reto. É importante saber que quanto maior for a massa, maior será a inércia, pois a massa é considerada a medida da inércia.

C) Impenetrabilidade 
Essa propriedade diz respeito ao fato de que, dois corpos não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.

Como por exemplo, se enchermos uma banheira com água até a superfície, e em seguida entrarmos nela, a água da banheira transbordará.

D) Divisibilidade
Essa propriedade diz respeito a divisão de partículas pequenas da matéria, sem que ela perca suas características.

E) Compressibilidade
Essa propriedade diz respeito a diminuição do volume de um corpo. Os gases são os mais fáceis de serem comprimidos.

Propriedades específicas

1ª) Ponto de fusão (PF)

O ponto de fusão é a temperatura em que um material passa do estado sólido para o estado líquido. A temperatura do ponto de fusão de cada material varia.

2ª) Ponto de ebulição (PE)

O ponto de ebulição é a temperatura em que um material passa do estado líquido para o estado gasoso. A temperatura do ponto de ebulição de cada material varia.

3ª) Densidade absoluta ou massa específica

Como podemos observar na fórmula acima, a densidade é considerada a massa dividida pelo volume. Lembrando que a unidade de medida de sua massa é g/cm³.

4ª) Dureza

Essa propriedade mede a resistência dos materiais. Para descobrir se um material é mais duro que o outro é necessário um teste de atrito.
Obs.: O diamante é a substância mais resistente que existe.

5ª) Maleabilidade

Os materiais maleáveis podem ser reduzidos a lâminas, como por exemplo, a prata, o ouro, o zinco, entre outros…

6ª) Ductilidade

Essa propriedade trata dos materiais que podem ser transformados em fio, como por exemplo, o alumínio, o cobre, entre outros…

7ª) Solubilidade

Essa propriedade diz respeito a materiais que se dissolvem e os que não se dissolvem, ou seja, trata de misturas homogêneas e misturas heterogêneas.

Adiciona-se uma pequena quantidade de açúcar em um copo com água, o açúcar se dissolve completamente, logo se dá uma mistura homogênea, porém se adicionarmos areia em um com água, por menor que seja a quantidade ela não vai ser dissolvida, logo se dá uma mistura heterogênea.

Em 100g de água é possível dissolver 220g de açúcar, se a água estiver aquecida a 30ºC e tentarmos dissolver mais que 220g de açúcar o excesso fica depositado no fundo do recipiente.

A matéria que se dissolve em máxima quantidade recebe o nome de coeficiente de solubilidade. Essa matéria é dependente da temperatura, pois quando temos 100 gramas de água em uma temperatura de aproximadamente 50ºC, somente 260 gramas de sacarose irão conseguir dissolver. Isso explica o fato do café ser feito somente em água quente, pois ele não é solúvel em fria.

Propriedades organolépticas

São propriedades capazes de impressionar nossos sentidos. Vejamos:

A cor é percebida pela visão, ex.: a mata é verde.
O brilho também é percebido pela visão, ex.: metal polido, por refletir a luz.
O sabor é percebido pelo paladar, ex.: o açúcar é doce.
O odor é percebido pelo olfato, ex.: á água é inodora.

Sistemas, substâncias e misturas – Elemento químico e alotropia

Sistema

Sistema é uma porção limitada do universo, considerada como um todo para efeito de estudo.

Sistema homogêneo ou material homogêneo ou matéria homogênea é aquele que apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinado.

Sistema heterogêneo ou material heterogêneo ou matéria heterogênea é aquele que não apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinado.

Fases são as diferentes porções homogêneas, limitadas por superfícies de separação, que constituem um sistema heterogêneo.

Os sistemas homogêneos são monofásicos ou unifásicos. Os sistemas heterogêneos são polifásicos, podendo ser bifásicos, trifásicos, etc.

Sistema com n componentes sólidos como regra tem n fases. Sistema com n gases sempre tem uma única fase. Não existe sistema heterogêneo de dois ou mais gases.

Sistema heterogêneo ou é uma mistura (heterogênea) ou é uma substância pura em mudança de estado físico.

Sistema homogêneo ou é uma mistura (homogênea) ou é uma substância pura num único estado físico.

Mistura e substância pura

Mistura é qualquer sistema formado de duas ou mais substâncias puras, denominadas componentes. Pode ser homogênea ou heterogênea, conforme apresente ou não as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinada.

Toda mistura homogênea é uma solução, por definição.

Substância pura é todo material com as seguintes características:

• Unidades estruturais (moléculas, conjuntos iônicos) quimicamente iguais entre si.
• Composição fixa, do que decorrem propriedades fixas, como densidade, ponto de fusão e de ebulição, etc.
• A temperatura se mantém inalterada desde o início até o fim de todas as suas mudanças de estado físico (fusão, ebulição, solidificação, etc.).
• Pode ser representada por um fórmula porque tem composição fixa.
• Não conserva as propriedades de seus elementos constituintes, no caso de ser substância pura composta.

As misturas não apresentam nenhuma das características acima. Essas são as diferenças entre as misturas e as combinações químicas (substâncias puras compostas).

Propriedades e Transformações da Matéria

Todos os dias e em todos os lugares podemos observar transformações nos materiais ao nosso redor e até mesmo dentro de nós. A digestão dos alimentos, o amadurecimento das frutas, o cozimento dos alimentos, o enferrujamento do ferro, a queima de um papel, a efervescência de um antiácido e o derretimento do gelo são apenas alguns exemplos das muitas transformações da matéria que ocorrem o tempo todo.

Essas transformações são chamadas na química de fenômenos e indicam qualquer mudança que ocorrer em um material, não precisa ser algo extraordinário e nem mesmo visível a olho nu, pois podem ocorrer mudanças microscópicas.

As transformações ou fenômenos podem ser classificados em dois tipos:

Fenômenos Físicos: Não alteram a constituição da matéria.

É uma transformação passageira e reversível, pois apesar de o material sofrer alterações na sua forma, tamanho, aparência ou estado físico, ele continua sendo constituído das mesmas substâncias químicas.

A maioria dos fenômenos físicos corresponde a mudanças de estado físico. Veja um exemplo e entenda por que a constituição da substância não muda.

O gelo é constituído de moléculas de H2­O com volume e forma constantes. Isso ocorre porque suas moléculas estão em posições fixas, formando um retículo cristalino. Quando o gelo derrete, isto é, sofre uma fusão, muda para o estado líquido, que também é constituído de moléculas de H2­O, sendo, portanto, a mesma substância. Porém, houve uma transformação física, pois agora ela tem volume constante, mas forma variável. Isso se dá porque suas moléculas possuem maior liberdade de movimentação.

Fenômenos Químicos: São aqueles em que a constituição do material muda.

Eles são considerados permanentes e irreversíveis. O material ou os materiais presentes no sistema inicial são transformados em outra substância ou em outras substâncias. Por exemplo, quando fritamos o ovo, a sua aparência, cor, dureza, densidade e outras características que são percebidas a olho nu mudam. Isso é consequência da transformação dos materiais presentes no ovo cru.

Entretanto, a ausência desses sinais não significa que não ocorreu uma transformação química, pois algumas ocorrem sem que haja mudança perceptível entre o estado inicial e o final. Para se ter certeza de que ocorreu a transformação química é necessário isolar os materiais obtidos e verificar suas propriedades específicas, como densidade, pontos de ebulição e fusão, solubilidade e outras.

Os fenômenos químicos são também denominados de reações químicas, pois as moléculas iniciais, denominadas de reagentes, são quebradas e seus átomos se rearranjam em novas moléculas, que são denominadas de produtos. Veja como isso é diferente do que ocorre nos fenômenos físicos, por meio do exemplo da combustão do carvão:

Reações químicas

Uma reação química ocorre quando certas substâncias sofrem transformações em relação ao seu estado inicial (reagentes). Para que isso possa acontecer, as ligações entre átomos e moléculas devem ser rompidas e devem ser restabelecidas de outra maneira. Como essas ligações podem ser muito fortes, geralmente é necessária energia na forma de calor para iniciar a reação.

A ocorrência de uma reação química é indicada pelo aparecimento de novas substâncias (produtos), diferentes das originais (reagentes). Quando as substâncias reagem, às vezes ocorrem fatos visíveis que confirmam a ocorrência da reação. Dentre eles, podemos destacar: desprendimento de gás e luz, mudança de coloração e cheiro, formação de precipitados, etc.

Em certas situações, os reagentes se encontram com impurezas e as reações químicas não acontecem com aproveitamento total porque não ocorrem somente nos laboratórios, mas em toda a parte e a todo o momento. Oxidação e redução são exemplos desses tipos de reações que ocorrem em nosso dia a dia.

Quando dois reagentes são misturados e eles não se encontram em proporções iguais, um deles será consumido totalmente enquanto o outro poderá deixar certa quantidade sem reagir. O reagente que teve seu aproveitamento total é chamado de reagente limitante e o outro será o reagente em excesso.

Um exemplo de reação química muito comum em nosso cotidiano é a reação de combustão, para que ela ocorra é necessária a presença de três fatores: um combustível, um comburente e energia de ativação. Essa reação consiste na queima de um combustível que pode ser a gasolina, o álcool, etc., através da energia de ativação (calor de uma chama, faísca elétrica), na presença de um comburente que, em geral, é o oxigênio do ar (O2).

LAVOISIER

A lei de Lavoisier, também conhecida por lei da conservação da massa, como o próprio nome indica, foi descoberta em 1785 pelo químico francês Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794), considerado o pai da química moderna.

Segundo esta lei, nas reacções químicas em sistema fechado, a soma total das massas das espécies envolvidas na reacção (reagentes) é igual à soma total das massas das substâncias produzidas pela reacção (produtos de reacção), ou seja, num sistema químico fechado em reacção, a massa total permanece constante.

Esta lei também pode ser enunciada da seguinte forma: “Na Natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma”.

PROUST

A Lei de Proust também é conhecida como Lei das proporções constantes ou lei das proporções definidas. Esta lei foi inserida pelo químico francês Joseph Louis Proust (1754-1826), que realizou experimentos com substâncias puras e concluiu que independentemente do processo usado para obtê-las, a composição em massa dessas substâncias era constante. A Lei de Proust é definida assim:

As massas dos reagentes e produtos participantes de uma reação mantêm uma proporção constante.

Através de análises de inúmeras substâncias adquiridas por diferentes processos foi possível verificar que uma mesma substância tem sempre a mesma composição qualitativa e quantitativa. Por exemplo, qualquer amostra de água apresenta sempre 88,9 % de oxigênio e 11,1 % em massa de hidrogênio combinados na mesma proporção.

Proust realizou vários experimentos, e conclui que a água (substância pura) é formada de hidrogênio e oxigênio, sempre na proporção constate de 1/8 em massa.

Modelos Atômicos

Como os átomos são por dentro? Diante da impossibilidade de dar uma resposta precisa a essa pergunta, procurou-se criar modelos que incorporassem os novos conhecimentos a respeito dos átomos e retratassem a sua constituição.

Evolução dos Modelos Atômicos

Dalton:

Dalton foi o primeiro cientista a desenvolver uma teoria atômica, segundo a qual a matéria se compõem de pequeníssimas partículas indestrutíveis chamadas átomos. De acordo com essa teoria, os átomos de determinada substância ou elemento são idênticos entre si, mas são diferentes dos átomos dos outros elementos.

Verificou ainda que as reações químicas não passam de uma redisposição dos átomos, e que, para se obter um composto de substâncias diversas, é preciso formar átomos compostos contendo um número definido de átomos de cada elemento. Essa teoria já está ultrapassada hoje em dia.

Rutherford:
Propôs um modelo atômico: o átomo seria como um sistema solar em miniatura, cujo “sol” – o núcleo – concentra quase toda a massa e toda a carga positiva do sistema; gravitando em torno do núcleo, em órbitas elípticas, estão os elétrons, cuja soma de cargas negativas é igual a carga positiva nuclear com o que se tem o equilíbrio elétrico e a consequente estabilidade do conjunto. O dinamarquês Bohr deu uma fundamentação teórica ao modelo.

Bohr:
Sugeriu que um átomo de hidrogênio consistia em um único elétron perfazendo uma órbita circular ao redor de um próton central (o núcleo), sendo a energia do próton quantizada (isto é, o elétron poderia carregar apenas uma quantidade bem definida de energia). Com esse modelo, conseguiu explicar a origem das bolsas espectrais.

Modelo Atômico Atual

Em 1926, Schrödinger lançou as bases da Mecânica Ondulatória, ao apresentar um mode­lo atômico no qual os elétrons eram considera­dos como partículas-onda.
O modelo de Schrödinger, válido até hoje, procura determinar os valores permitidos de energia para os elétrons de um átomo e mostra que é impossível conhecermos a trajetória de um elétron.
Isso já havia sido previsto por Heisenberg, no seu famoso Princípio da Incerteza:

É impossível determinarmos simultanea­mente a posição e a quantidade de movimen­to (mv) de um elétron, com exatidão, em um certo instante.

O Modelo Atual e o Modelo de Bohr

No modelo de Bõhr (1913), o elétron descrevia órbitas bem definidas; enquanto no modelo atô­mico atual (1926), a idéia de órbitas está definitiva­mente abandonada. Hoje se considera o elétron uma partícula-onda com trajetória desconheci­da. Nesse sentido, pode-se falar em nuvem ele­trônica, ou seja, o elétron seria uma partícula com posição desconhecida, mas ocupando uma região denominada orbital.

Modelos atômicos de Bohr e atual
Lembre, finalmente, que qualquer modelo, por mais sofisticado que seja, não passa de uma re­presentação da realidade.
Por razões didáticas, quando um sistema quí­mico puder ser explicado por vários modelos atô­micos, escolheremos sempre o mais simples.

Principais características do átomo

*Número Atômico (Z): Se refere à quantidade de cargas positivas (prótons) existentes no núcleo de um átomo. Em 1913, o cientista inglês Moseley (1887-1975) propôs exatamente isso: o comportamento diferente de cada tipo de átomo está relacionado com a quantidade de cargas positivas.

Z = PRÓTONS

Exemplo:

Cloro (Cl) Z= 17 (isto significa que o átomo de cloro possui 17 prótons no núcleo e, consequentemente, 17 elétrons; pois os átomos são eletricamente neutros, tendo a mesma quantidade de carga positiva e negativa).

*Número de Massa (A): É a soma das partículas nucleares, ou seja, do número atômico (Z) ou prótons com a quantidade de nêutrons existentes no núcleo.

A = Z + n   ou    A = p + n

Exemplo 1: O átomo de sódio (Na) possui 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons. Determinar seu número de massa (A):

A = p + n                    →                A = 11 + 12             →               A =23
Resposta: O número de massa do sódio é 23.

Exemplo 2: O elemento cálcio possui número atômico 20 e número de massa igual a 40. Quantos nêutrons possui este átomo?

A = Z + n         →           n = A – Z           →               A = 40 – 20  →            A = 20
Resposta: Existem 20 nêutrons no núcleo do átomo de cálcio.

Obs.: O número de massa não é uma massa, mas, serve apenas para indicar a quantidade de partículas do átomo cuja massa é relevante. Pois a massa do elétron é insignificante, sendo 1/1836 vezes menor que as massas relativas do próton e do nêutron.

*Elemento Químico: É o conjunto de átomos de mesmo número atômico.
Todos os elementos químicos até então conhecidos, estão transcritos na Tabela Periódica. Os números atômicos correspondentes são também alistados, seguindo uma ordem crescente de número atômico na Tabela.

Um elemento Químico é representado colocando-se no centro seu símbolo, na parte de cima o número de massa (A) e na parte de baixo o número atômico, conforme mostrado a seguir com um elemento genérico X.

Exemplos:   

No entanto, na Tabela Periódica não é seguida esta representação. No lugar do número de massa, aparece a respectiva massa atômica de cada elemento, que são as médias ponderadas das massas atômicas dos isótopos naturais do elemento.

Organização dos Elementos

Dmitri Ivanovich Mendeleiev (1834-1907) foi considerado o “pai da Tabela Periódica”, pois em 1869 ele organizou os elementos químicos em filas horizontais em ordem crescente de massa atômica e mostrou que nas linhas verticais havia elementos com propriedades químicas e físicas semelhantes.

Foi o primeiro trabalho que conseguiu relacionar as propriedades periódicas (que se repetiam em intervalos regulares) dos elementos. Seu trabalho foi tão impressionante que Mendeleiev conseguiu até mesmo prever a existência de determinados elementos que ainda não haviam sido descobertos, onde eles ficariam na Tabela Periódica e quais seriam as suas propriedades.

No entanto, em 1913, o físico inglês Henry Moseley realizou experimentos com raios X e descobriu o número atômico (Z) dos elementos químicos, ou seja, a quantidade de prótons que há no núcleo dos átomos de cada elemento. Ele provou que as propriedades dos elementos tinham relação não com a massa atômica, como dizia Mendeleiev, mas sim com o número atômico.

Por isso, a Tabela Periódica atual é organizada em linhas horizontais em ordem crescente de número atômico.Tanto que o primeiro elemento químico que aparece da esquerda para a direita na parte superior é o hidrogênio, que é o elemento de menor número atômico, 1. Logo à sua direita vem o hélio, He, com número atômico igual a 2, depois vem o lítio, com número atômico igual a 3, seguido do berílio, Be, de número atômico igual a 4, e assim por diante.

Essa classificação crescente de números atômicos permite organizar os elementos em grupos ou famílias (colunas) que possuem propriedades semelhantes, além disso, as linhas horizontais também nos revelam particularidades a respeito dos átomos dos elementos. Observe como se dá essa organização:

• Grupos ou famílias – Colunas:

As colunas são chamadas de grupos ou famílias. Esses nomes são bem apropriados, pois os membros de uma família possuem várias características físicas, emocionais e psicológicas semelhantes; além disso, os membros de um grupo específico possuem também objetivos e gostos similares. Da mesma forma, os elementos pertencentes a um mesmo grupo ou a uma mesma família da Tabela Periódica possuem propriedades físicas e químicas semelhantes.

Isso acontece porque os elementos químicos que estão em uma mesma família possuem a mesma quantidade de elétrons na camada de valência, isto é, na última camada eletrônica:

• Família 1: Possuem todos 1 elétron na camada de valência;
• Família 2: Possuem todos 2 elétrons na camada de valência;
• Família 13: Possuem todos 3 elétrons na camada de valência;
• Família 14: Possuem todos 4 elétrons na camada de valência;
• Família 15: Possuem todos 5 elétrons na camada de valência;
• Família 16: Possuem todos 6 elétrons na camada de valência;
• Família 17: Possuem todos 7 elétrons na camada de valência;
• Família 18: Possuem todos 8 elétrons na camada de valência.

Segundo a IUPAC (União Internacional da Química Pura e Aplicada), atualmente as famílias da Tabela Periódica devem ser ordenadas de 1 a 18. Algumas dessas famílias possuem nomes especiais, que são muito usados:

• Família 1: Metais alcalinos;
• Família 2: Metais alcalinoterrosos;
• Família 16: Calcogênios;
• Família 17: Halogênios;
• Família 18: Gases Nobres.

Ainda hoje existem Tabelas Periódicas que usam a numeração antiga, que usava números acompanhados das letras “A” ou “B”. Essas letras eram usadas para representar mais alguns subgrupos dos elementos, que são: elementos representativos e elementos de transição (externa e interna).

Ligações Químicas

Ligações químicas são conjunções estabelecidas entre átomos para formarem moléculas ou, no caso de ligações iônicas ou metálicas, aglomerados atômicos organizados de forma a constituírem a estrutura básica de uma substância ou composto. Na natureza existem por volta de uma centena de elementos químicos. Os átomos destes elementos, ao se unirem, formam a grande diversidade de substâncias.

As ligações químicas podem ocorrer através da doação e recepção de elétrons entre os átomos, que se transformam em íons que mantém-se unidos via a denominada ligação iônica. Como exemplo tem-se o cloreto de sódio (NaCl). Compostos iônicos conduzem electricidade no estado líquido ou dissolvidos, mas não quando sólidos. Eles normalmente têm um alto ponto de fusão e alto ponto de ebulição. Uma analogia seria comparar os elementos químicos ao alfabeto que, uma vez organizado seguindo uma dada regra ou ordem, leva as letras a formarem palavras imbuídas de significado distinto e bem mais amplo daquele disponível quando separadas.

Regra do octeto

Um certo número de elementos adquire estabilidade eletrônica quando seus átomos apresentam oito elétrons na sua camada mais externa, e usualmente esses se ligam de forma a buscarem completar esses oito elétrons, especificamente ao completar suas camadas externas. Dadas as variações na distribuição eletrônica, existem muitas exceções para essa regra, a exemplo do Hidrogênio (H) que se estabiliza com dois elétrons na última camada.^[1] Como exemplo da regra do octeto, válida contudo de forma bem regular para os principais elementos representativos da tabela periódica, temos o caso do átomo de carbono, que é tetravalente (pode realizar quatro ligações), e além dele todos os átomos que pertencem a família de número 14 da tabela periódica que, também tetravalentes, encontram-se no eixo central dessa regra (Octeto). De fato, a regra do octeto vale somente para os elementos representativos do nível dois, como o carbono, o nitrogênio e o oxigênio (que são alguns dos elementos mais utilizados no ensino de química). Ao descer para o nível três, porém, os átomos já tendem a adquirir uma configuração estável com 18 elétrons, e para outro níveis já se torna difícil estabelecer um padrão para as distribuições eletrônicas, devidos às variações citadas anteriormente. A regra é, contudo, uma ótima aproximação para o ensino a nível médio, porém se torna obsoleta para campos de engenharia química, e nuclear, por exemplo.

A regra do octeto termina com 8 elétrons em sua ultima camada para todos os gases nobres,exceto o hélio que termina com 2 elétrons na camada de valência.^[2]

Ligações Iônicas ou Eletrovalentes

O lítio tem um elétron em sua camada de valência, mantido com pouca dificuldade porque sua energia de ionização é baixa. O flúor possui 7 elétrons em sua camada de valência. Quando um elétron se move do lítio para o flúor, cada íon adquire a configuração de gás nobre. A energia de ligação proveniente da atração eletrostática dos dois íons de cargas opostas tem valor negativo suficiente para que a ligação se torne estável.

Ligações iônicas são um tipo de ligação química baseada na atração eletrostática entre dois íons carregados com cargas opostas.^[3][4]Na formação da ligação iônica, um metal tem uma grande tendência a perder elétron(s), formando um íon positivo ou cátion. Isso ocorre devido à baixa energia de ionização de um metal, isto é, é necessária pouca energia para remover um elétron de um metal.

Características dos compostos iônicos

Apresentam forma definida, são sólidos nas condições ambientes;

• Possuem altos ponto de fusão e ponto de ebulição;
• Conduzem corrente elétrica quando dissolvidos em água ou fundidos;

OBS.: O hidrogênio faz ligação iônica com metais também. Embora possua um elétron, não é metal, logo, não tende a perder esse elétron. Na verdade, o hidrogênio tende a receber um elétron ficando com configuração eletrônica igual à do gás hélio.

Ligações Covalentes ou Moleculares

Ligação covalente ou molecular é aquela onde os átomos possuem a tendência de compartilhar os elétrons de sua camada de valência, ou seja, de sua camada mais instável. Neste tipo de ligação não há a formação de íons, pois as estruturas formadas são eletronicamente neutras, como o exemplo abaixo, da água. Ele necessita de dois elétrons para ficar estável e o H irá compartilhar seu elétron com o O. Sendo assim o O ainda necessita de um elétron para se estabilizar, então é preciso de mais um H e esse H compartilha seu elétron com o O, estabilizando-o. Sendo assim é formado uma molécula o H₂O.

OBS.: Ao compartilharem elétrons, os átomos podem originar uma ou mais substâncias simples diferentes. Esse fenômeno é denominado alotropia. Essa substâncias são chamadas de variedades alotrópicas. As variedades podem diferir entre si pelo número de átomos no retículo cristalino. Ex.: Carbono, Oxigênio, Enxofre, Fósforo.

Características dos compostos molecularesPodem ser encontrados nos três estados físicos;

• Apresentam ponto de fusão e ponto de ebulição menores que os compostos iônicos;
• Quando puros, não conduzem eletricidade;
• Quando no estado sólido, podem apresentar dois tipos de retículos cristalinos (R. C. Moleculares, R. C. Covalente).

Ligações covalentes coordenadas

Este tipo de ligação ocorre quando os átomos envolvidos já atingiram a estabilidade com os oito ou dois elétrons na camada de valência. Sendo assim eles compartilham seus elétrons disponíveis, como se fosse um empréstimo para satisfazer a necessidade de oito elétrons do elemento com o qual está se ligando.

Ligação metálica

A ligação metálica ocorre entre metais, isto é, átomos de alta eletropositividade (tendência a doar elétrons).

Num sólido, os átomos estão dispostos de maneira variada, mas sempre próximos uns aos outros, compondo um retículo cristalino. Enquanto certos corpos apresentam os elétrons bem presos aos átomos, em outros, algumas dessas partículas permanecem com certa liberdade de se movimentarem no cristal. É o que diferencia, em termos de condutibilidade elétrica, os corpos condutores dos isolantes. Nos corpos condutores, muitos dos elétrons se movimentam livremente no cristal, de forma desordenada, isto é, em todas as direções. E, justamente por ser caótico, esse movimento não resulta em qualquer deslocamento de carga de um lado a outro do cristal.

Teoria da nuvem eletrônica

Segundo essa teoria, alguns átomos do metal “perdem” ou “soltam” elétrons de suas últimas camadas; esses elétrons ficam “passeando” entre os átomos dos metais e funcionam como uma “cola” que os mantém unidos. Existe uma força de atração entre os elétrons livres que se movimentam pelo metal e os cátions fixos.

Propriedade dos metais

• Brilho metálico característico;
• Resistência à tração;
• Condutibilidade elétrica e térmica elevadas;
• Alta densidade;
• Maleabilidade (facilidade em serem reduzidos a chapas e lâminas finas, processo conhecido como laminação);
• Ductilidade (facilidade em serem conformados em fios, processo conhecido como trefilagem);
• Ponto de fusão elevado;
• Ponto de ebulição elevado;

Geometria Molecular

As moléculas são estruturas formadas por uma quantidade fixa de átomos ligados covalentemente, ou seja, por meio de ligações covalentes (também chamadas de moleculares) que se formam quando os átomos compartilham pares de elétrons. Por exemplo, praticamente todo mundo já ouviu alguma vez que a molécula de água é H₂O, o que quer dizer que cada molécula de água é formada por um oxigênio ligado covalentemente a dois átomos de hidrogênio.

A molécula de água e outras moléculas mais simples são planas, isto é, podemos ilustrá-las em um único plano. No entanto, isso não ocorre com a maioria das moléculas que formam as substâncias, pois elas são tridimensionais, isto é, seus átomos dispõem-se de diferentes formas no espaço.

Foi a partir disso que surgiu o conceito de geometria molecular, que pode ser definida como a forma como os átomos estão espacialmente dispostos na molécula.

Sais e Óxidos

Sais

São compostos que podem ser encontrados na natureza, ao nosso redor existe uma infinidade deles, que fazem parte dos mais variados materiais. O mais comum é muito importante para a saúde do corpo humano, o sal de cozinha. E não apenas ele, mas outros sais tem grande valor na nossa vida cotidiana, o bom desenvolvimento das plantas, por exemplo, depende de alguns sais presentes no solo. A formação dos dentes e ossos e a produção das hemácias do sangue também dependem de alguns sais especiais presentes no nosso organismo.

Sais são compostos resultantes da reação de um ácido com uma base, pois todo ácido ao reagir com uma base produz sempre sal e água.

O exemplo mais conhecido é o do sal de cozinha ou cloreto de sódio, que é encontrado na natureza, e também pode ser obtido pela reação:

HCl  +  NaOH → NaCl  + H₂O

Outro exemplo é o da obtenção do SULFATO DE CÁLCIO:

H₂SO₄ +  Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2H₂O

 

Os sais são muito importantes em nossa vida cotidiana, e muitos deles participam intimamente da nossa vida diária. As características básicas dos sais são:

1. os sais são COMPOSTOS IÔNICOS;
2. e portanto em solução aquosa os íons se separam e assim permitem a passagem da corrente elétrica pela  solução;
3. podem ser obtidos pela reação química entre um ácido e uma base em solução aquosa;
4. possuem sabor salgado.

 

OUTRA DEFINIÇÃO: sal é uma substância iônica que possue um cátion diferente de H+ e um anion diferente de OH-.

Pode-se ainda classificar os sais assim:

–Sal Neutro: não traz em sua estrutura cátion  H+  ou ânion (OH-). Ex.: NaCl

–Sal ácido: traz em sua estrutura o cátion H+, como NaHCO₃

–Sal básico: traz em sua estrutura o ânion (OH-). Ex.: CaOHCl

–Sal duplo ou misto: traz em sua estrutura dois cátions ou dois ânions, como MgBrCl e NaKS.

Óxidos

São compostos binários, isto é possuem dois elementos químicos, sendo o oxigênio o elemento mais eletronegativo. Exemplos: CaO, CO₂ , H₂O , H₂O₂ etc.

Então, lembre-se: os óxidos sempre possuem dois elementos químicos e um deles é obrigatóriamente o oxigênio, o qual aparece do lado direito da fórmula, pois é o átomo mais eletronegativo.

Veja as seguintes substâncias binárias: OF₂ , O₂F₂ elas não são óxidos, pois apesar de possuirem apenas dois elementos e sendo um deles o oxigênio, o átomo de flúor (F) é o elemento mais eletronegativo e por isso aparece à direita da fórmula.

Os óxidos ocorrem de forma abundante na Terra e podem ser encontrados nas rochas, na água do mar e no ar. Atividades extrativas de minérios acontecem no mundo desde a mais remota época. A obtenção industrial de um óxido pode acontecer por métodos de extração natural, pois muitos deles ocorrem naturalmente. Às vezes são necessários procedimentos químicos para a obtenção deste compostos que geralmente requerem altas temperaturas, em reações de decomposição, ou exposição ao oxigênio do ar, em reaçãoes de síntese. Um dos  mais importantes óxidos para a indústria é o óxido de cálcio, CaO, conhecido como CAL, que é obtido pela decomposição térmica do carbonato de cálcio, CaCO₃.

Esta reação pode ser descrita assim:

CaCO₃  → CaO  + CO₂  (sob alta temperatura)

Tal como os sais, a classificação dos óxidos é baseada no comportamento químico destas substâncias:

–Óxido ácido: reage com a água formando ácido, como CO₂ e SO₃

CO₂ +  H₂O → H₂CO₃ 

SO₃ +  H₂O → H₂SO₄ 

–Óxido básico: reage com a água formando base, como MgO e CaO.

MgO +  H₂O → Mg(OH)₂ 

CaO +  H₂O → Ca(OH)₂ 

Mas existem outras classificações como os peróxidos, os óxidos anfóteros, os óxidos neutros, os óxidos salinos e os superóxidos.

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