Revisões de Química A 10º ano

Unidade 0 - Materiais: Diversidade e Constituição

0.1 Materiais

Substâncias: Materiais constituídos por um único componente. Têm uma composição química bem definida e podem ser identificadas pelas suas propriedades físicas e químicas.

Ex: Ouro, Metilpropano, Néon, Amoníaco, Enxofre, Ozono (elementar), Monóxido de Carbono (composto), Sulfato de cálcio, ...

Mistura de Substâncias: Conjunto de duas ou mais substâncias que conservam as suas propriedades específicas, não se combinando quimicamente. A sua composição traduz a proporção relativa das substâncias que as constituem.

Ex: Bronze, Água do mar (homogénea), Ar (homogénea), Refrigerantes (heterogénea), Lixívia, ...

Mobilidade das partículas:

Sólido < Líquido < Gasoso

Mudança de fase:
Sublimação (sólido - gás)
Sublimação (gás - sólido)
Vaporização (líquido - gás)
Condensação (gás - líquido)
Fusão (sólido - líquido)
Solidificação (líquido - sólido)

# Protões = # Electrões

0.2 Soluções

Soluções: Mistura homogénea de duas ou mais substâncias que constituem uma só fase. Podem apresentar-se nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

Ar: Solução gasosa

Vinho: Solução líquida

Amálgama (dentista): Solução sólida

Solução aquosa: Solvente é a água. 

Soluto: Substância que se dissolve no solvente.

Solvente:

Mesmo estado físico que a solução;

Em maior quantidade que o soluto;

O que for mais volátil.

Concentração em massa: Massa de soluto por unidade de volume de solução.

(Kg / m^3) 

(g / dm^3)

m - massa soluto    v - volume de solução

0.3 Elementos Químicos

Número atómico (Z):  Número de protões.

Z = número de protões = número de electrões

Número de massa (A): Número de nucleões.

A = Número de protões + Número de neutrões

Azoto:

Isótopos: Átomos do mesmo elemento químico com diferente número de massa (diferente número de neutrões). 

Fig. 1 Isótopos do Hidrogénio

Massa atómica relativa: É obtida por comparação com uma massa tomada como unidade que é 1/12 da massa do átomo Carbono 12. 

Massa atómica relativa do Lítio:

Regras para escrever fórmulas químicas:

Unidade 1 - Das Estrelas ao Átomos


1.0 Ver o Universo


Big Bang: Há +/- 15 mil milhões de anos.

1.1 Arquitectura do Universo

Equivalência massa-energia: Energia associada à radiação inicial deu lugar à matéria. 

Partículas Elementares:

Quarks

Electrões

Neutrinos (sem carga e praticamente sem massa)

Big bang --> Quarks --> Protões e Neutrões --> Núcleos atómicos --> Átomos --> Estrelas

Provas da existência do Big Bang:

- Afastamento das Galáxias;

- Radiação de Fundo;

- Proporção hidrogénio-hélio.

Fig. 2 Algumas unidades de Comprimento.

Fig. 3 Reacções químicas e Reacções Nucleares.

Reacções nucleares:

Núcleos, Protões e Neutrões.

Nr massa reagentes = Nr massa produtos.

Nr atómico reagentes = Nr atómico produtos.

Fig. 4 Partículas Subatómicas.

Formação dos núcleos atómicos no Universo Primitivo:

1. Formação do Deutério

2. Formação do Trítio e do Hélio-3

3. Formação do Trítio e do Hélio-3

4. Formação do Hélio-4

5. Formação do Lítio-7 e do Berílio-7

Reacções de fusão que ocorrem actualmente na estrelas: 

- Reacções produtoras de hélio e outros elementos pesados;

- Mantêm a temperatura das estrelas muito elevadas e permitem que elas emitam luz.

Ciclo do hidrogénio:

Gigante Vermelha: Estrela de grandes dimensões que apresenta uma cor avermelhada. Uma estrela nesta condição encontram-se na fase final de existência.

Anã Branca: Estrela de pequenas dimensões mas com uma densidade gigantesca, constituída principalmente por carbono.

Supergigante: Estrela grande (massa 8 vezes maior q a massa do Sol) na qua ocorrem reacções de formação de núcleos de oxigénio, néon, magnésio, silício, enxofre, ... Formam-se assim, núcleos atómicos cada vez maiores, até chegar aos núcleos de ferro. 

Supernova: Assombrosa explosão de uma estrela que aumenta o seu brilho centenas de milhões de vezes. Supergigante em explosão.

Buraco Negro: Forma-se a partir do interior de supernovas quando a estrela original tem massa 25 vezes maior que a massa do sol. Um buraco negro atrai não apenas matéria mas também radiação que passa na sua vizinhança. Atracção gravitacional tão grande que nem a própria luz sai. 

Fig. 5 Ciclos de Vida das Estrelas

Se as estrelas possuírem uma massa média (próxima da massa do sol), quando todo o hidrogénio no seu interior se esgota o seu núcleo contrai-se por acção da força gravítica. Conforme o núcleo se contrai a sua temperatura aumenta o que vai originar um aquecimento das camadas mais externas da estrela levando à sua expansão e consequente aumento do raio. Forma-se assim uma Gigante Vermelha. Em seguida o aquecimento do núcleo vai continuar até atingir uma temperatura à qual o hélio no seu interior irá fundir para originar carbono. Quando todo o hélio é consumido o núcleo expande-se e arrefece. As camadas mais externas da estrela expandem-se também e libertam material que fica à sua volta Forma-se uma Nebulosa Planetária. Finalmente o núcleo arrefece e forma-se uma Anã Branca, uma estrela muito pequena e densa. 

Se as estrelas tiverem uma massa elevada quando todo o hidrogénio no seu interior se esgota inicia-se a transformação do hélio em carbono. Quando todo o hélio se esgota dá-se a fusão do carbono em elementos mais pesados (oxigénio, magnésio e ferro) forma-se assim uma Supergigante vermelha. Quando todo o núcleo se transforma em ferro a estrela colapsa sob o efeito da sua própria gravidade e o núcleo aquece tornando-se muito denso. Ocorre a formação de neutrões a partir da fusão de protões com electrões. As camadas mais externas da estrela comprimem o núcleo de neutrões, este aquece até atingir temperaturas muito elevadas e explode originando uma Supernova. Nesta explosão são libertadas grandes quantidades de matéria e energia para o espaço que podem dar origem à formação de estrelas noutros locais do espaço. O que sobra do núcleo da estrela pode originar uma Estrelas de Neutrões ou um Buraco Negro, dependendo da massa da estrela inicial.  Normalmente estrelas muito massivas originam buracos negros.

Fig. 6 Estrutura Interna de uma Supergigante Vermelha

Reacções de Fisão Nuclear (Cisão): Um núcleo maior é desagregado em núcleos menores.

1.2 Radiação, Energia e Espectros


Espectro: Resultado da decomposição da luz.

Fig. 7 Radiação Electromagnética



Luz vermelha: Menos Energética
Luz Violeta: Mais Energética.

Energia da Radiação:
Energia da Radiação = número de fotões * energia de cada fotão


Efeitos térmicos da radiação: Dependem da natureza da luz (energia do fotão) e da sua intensidade (número de fotões).

Espectro de Emissão Contínuo: Gama variada e ininterrupta de cores.
Ex: Lâmpadas incandescentes, Lâmpadas de halogéneo, Metais ai rubro, ...

Espectro de Emissão de Riscas: Não apresenta um contínuo de radiação mas sim riscas.
Ex: Lâmpadas florescentes, Lâmpadas de vapor de sódio, Néons, Ensaios de chama, ...



Espectros de Absorção: Espectro da luz absorvida pela matéria. A parte que falta nos espectros correspode às radiações absorvidas

Efeito Fotoeléctrico: Emissão de electrões de átomos de metais ou de outras substâncias quando sobre eles se faz incidir radiação electromagnética com energia suficiente para ionizar os átomos ou moléculas.

Energia suficiente --> Superfície --> Fotões colidem com os electrões --> Remoção Electrónica

Energia da Radiação Incidente:
Einc = W + Ec
W = Energia mínima de remoção

Aumentar a intensidade da radiação (nr fotões) --> Aumenta o número de fotões ejectados mas não a Ec

1.3 Átomo de Hidrogénio


Hidrogénio Gasoso --> Radiação emitida --> Espectro de Riscas (Vermelho, Azul, Anil, Violeta)


Modelo atómico de Bohr:
1. Existem estados estacionários de energia para o electrão com intervalos entre os mesmos. Energia do electrão no átomo está quantizada.
2. Para o electrão transitar entre estados estacionários de energia tem de haver emissão (desexcitação) ou absorção (excitação) de energia.


Valores de energia que o átomo pode ter em cada nível:

Fig. 8 Transições para níveis de energia inferiores num átomo de hidrogénio excitado.

Ionização do átomo de hidrogénio: Electrão no estado fundamental absorve radiação com energia suficnete para sair fora da acção do núcleo. 

H -- > H+

Regras de Configuração electrónica:
- Principio da Energia Mínima (ocupam primeiro os estados de menor energia)
- Principio de Exclusão de Pauli (não podem existir na mesma orbital dois electrões com o mesmo número quântico de spin)
- Regra de Hund (preenchimento de um conjunto de orbitais com a mesma energia, distribuem-se primeiro os electrões pelas orbitais vazias e só depois se inicia o emparelhamento de electrões)


Fig. 9 Diagrama de Pauling

1.4 Tabela Periódica

Fig 10. Tabela periódica
Grupos: 18
Períodos: 7

Blocos:
s - Representativos
p - Representativos
d - Transição
f - Transição

Famílias:
Metais Alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
Metais Alcalino-terrosos
Halogéneos (grupo 17)
Gases Nobres (grupo 18)


Raio atómico:
Diminui no período (Mais protões no núcleo)
Aumenta no grupo


Energia de Ionização:
Aumenta no período (Aumenta carga nuclear)
Diminui no grupo (Aumenta nr quântico principal)

Fig. 11 Propriedades Periódicas

Unidade 2 - Atmosfera da Terra

2.0 Química e a Atmosfera

2.0 História da Atmosfera


Atmosfera primitiva (devido às erupções vulcânicas):
Vapor de água;
Dióxido de Carbono;
Azoto;
Sulfureto de hidrogénio;
Amoníaco;
Metano;
Monóxido de Carbono;
Hidrogénio.

Origem do oxigénio:

Arrefecimento da Terra --> Vapor de água --> Condensação --> Oceanos --> Cianobactérias --> Fotossíntese --> Oxigénio

Atmosfera actual (Troposfera):

21% Oxigénio;

78% Azoto;

1% Árgon (em 100L de ar existe 1L de Árgon).

Poluente Atmosférico: Substância emitisa que altera a composição normal de atmosfera de forma a prejudicar a qualidade de vida na Terra.

Dose Letal (DL50): Dose de uma substância que mata 50% de uma população testada.

2.2 Atmosfera: Temperatura, Pressão e Densidade


Troposfera: Temperatura Diminui com a altitude.

Estratosfera: Temperatura constante até aos 25Km depois aumenta com a altitude.

Mesosfera: Temperatura Diminui com a altitude.

Termosfera: Temperatura aumenta com a altitude e pode atingir 1200ºC.

Exosfera: Temperatura Diminui com a altitude.

Na atmosfera a densidade do ar diminui com a altitude.
ρ (Troposfera) = 1000 ρ (Mesosfera)


Lei de Avogadro: volumes iguais de gases diferentes, medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura, contêm o mesmo número de partículas.
Em 22,4 L de um gás a 0ºC e a 1atm, existem 6,022*10^23 moléculas.

Constante de Avogadro (NA) = 6,022*10^23 mol^-1

Condições PTN:
T = 0ºC
P = 1 atm

Volume molar: Volume ocupado por uma mole de qualquer gás ou mistura gasosa.
Vm = V / n    (dm^3 / mol)
Nas condições normais de pressão e temperatura (condições PTN) o volume molar de qualquer gás é 22,4 dm^3 / mol.

Volume molar não depene do tipo de moléculas (Aproximações):
Volume das moléculas é desprezável;
Moléculas não interagem entre si.

Quantidade de substância (n) : Quantidade de matéria existente numa amostra que possua 6,022*10^23 entidades.
n = m / M

Massa Molar (M): Massa por unidade de quantidade de matéria. Soma das massas atómicas relativas.
M = m / n
M(H2O) = (2*1) + (16) = 18 g/mol

Densidade ou massa volúmica:
   ρ = M / Vm


ρ (gases) << ρ (líquidos) e ρ (sólidos)

Número de partículas:
N = n * NA

Dispersões:
Soluções;
Colóides;
Suspensões.

Soluções:
Misturas Homogéneas;
Diâmetro das partículas < 1 nm;
Solvente e Soluto.
Ex: Ar (solvente é o azoto).

Colóides:
Diâmetro das partículas varia dentre 1nm e 1 um.
Meio disperso e meio dispersante.
Ex: Puré de batata (meio dispersante é o leite).

Suspensões:
Diâmetro das partículas > 1 um;
Misturas heterogéneas;
Meio disperso e meio dispersante;
Sofrem sedimentação.
Ex: Cinzas.

Efeito Tyndall: É possível observar o percurso de um feixe luminoso através de um colóide (difusão da luz).

Tipos de Colóides:
Aerossol sólidos;
Aerossol líquido;
Espuma líquida;
Sol Sólido;
Sol;
Espuma sólida;
Emulsão;
Gel.

Estudar a composição de soluções:

2.3 Interacção Radiação-Matéria

Radiação UV:
UV-A (menos energética);
UV-B (retida na estratosfera);
UV-C (mais energética, praticamente toda absorvida na termosfera).

Efeito de Estufa: Radiação visível e parte da radiação UV atravessam a atmosfera, incidem na Terra e aquecem a superfície que emite energia (Radiação IV). Parte desta radiação emitida é reemitida para o exterior e outra parte é envidada de volta para a superfície da Terra aumentando a sua temperatura.

  

Radicais livres: Espécies químicas onde existem orbitais com um electrão desemparelhado.

Dissociação do Oxigénio (Estratosfera):


Dissociação do Ozono (Radiações UV-B menos energéticas):

Formação do Radical Cl* (Estratosfera):



Smog (Nevoeiro Fotoquímico): Emissão de combustíveis não queimados (COV) e monóxido de azoto.

2.4 Ozono

Filtro Químico: Absorve Radiações.
Filtro Mecânico: Reflecte Radiações.

Ozono na troposfera: Poluente.

Formação do Ozono na Estratosfera (Radiação UV-B):

Decomposição do Ozono:

A formação e decomposição de Ozono estariam num estado estacionário se não existissem agentes antropogénicos. Neste momento a velocidade de decomposição é superior à velocidade de formação.

CFC:

Clorofluorocarbonetos;

Agentes antropogénicos;

Muito estáveis;

Não inflamáveis e não tóxicos. 

Gases à temperatura ambiente.

Teb = +/- 30ºC.

Usados frequentemente como gases propulsores de aerossóis e em frigoríficos e aparelhos de ar condicionado.


Acções dos CFCs:

CFC --> vento e outros agentes --> Estratosfera

Substitutos dos CFCs:

Hidrocarbonetos:

Nomenclatura de Alcanos:

Regras para a nomenclatura de Alcanos:

2.5 Moléculas na Troposfera


Ligação covalente: União de dois átomos por partilha de um par de electrões. Pode ser simples, dupla ou tripla (mais estável).

Regrado Octeto: Os átomos ligam-se partilhando electrões de forma a ficarem com 8 electrões de valência à sua volta.

Energia de ligação: Energia libertada quando dois átomos se ligam para estabelecer uma ligação molecular.

Comprimento da ligação: Distância média entre entre os núcleos dos átomos que estabelecem uma ligação. Ligação tripla tem menos comprimento de ligação que a ligação simples.

Mais electrões partilhados --> Ligações mais fortes --> Maior Energia de ligação --> menor comprimento de ligação --> maior estabilidade da molécula --> Menos reactividade


Ângulos e Geometria de ligação:

Iões Positivos:

Iões Negativos: