Aula de Química - Petrobrás.

Elemento químico, isótopos, isóbaros e isótonos Os diferentes tipos de átomo e suas representações Cada um dos tipos de átomos existentes na natureza ou gerados artificialmente, é chamado de elemento químico. Cada um deles é identificado por um nome e um símbolo formado por uma ou duas letras. A primeira é sempre maiúscula e a segunda, quando houver, sempre minúscula. O nome do elemento varia de idioma para idioma, mas o símbolo é único para o mundo todo. Número de Massa (A): informa a somatória de prótons e nêutrons contida num determinado átomo. Número Atômico (Z): informa a quantidade de prótons contida num determinado átomo. Átomos com mesmo número atômico pertencem ao mesmo elemento químico. Ter mesmo valor para Z garante que os átomos possuam mesmo comportamento químico. Z também informa o número de elétrons, se o átomo em questão for neutro. Subtraindo Z do valor de A, obtemos o número de nêutrons. Z = prótons (sempre) = elétrons (átomos neutros) A - Z = nêutrons (sempre) Os números atômico e de massa podem ser representado simultaneamente com o símbolo do elemento em questão. A convenção é a seguinte: ou Isótopos: átomos que apresentam mesmo número atômico e número de massa diferentes. Pertencem ao mesmo elemento químico, pois têm mesmo valor de Z. 1 H 1 1 H 2 1 H 3 Isóbaros: átomos que apresentam valores diferentes para o número atômico e mesmo número de massa. 20 Ca42 21 Sc42 Isótonos: átomos que apresentam valores diferentes de número atômico e de massa, no entanto, mesmo número de nêutrons (A - Z). 17 Cl 37 20 Ca 40 Exemplo 1 (PUC - Campinas) O silício, elemento químico mais abundante na natureza depois do oxigênio, tem grande aplicação na indústria eletrônica. Por outro lado, o enxofre é de importância fundamental na obtenção do ácido sulfúrico. Sabendo-se que o átomo 14Si28 é isótono de uma das variedades isotópicas do enxofre, 16S, pode-se afirmar que esse átomo de enxofre tem número de massa: a) 14 b) 16 c) 30 d) 32 e) 34 Exemplo 2 (Fatec - SP) Os íons Ca2+ e Pb2+ possuem: Dados os números atômicos: Ca = 20 e Pb = 82) a) mesmo número de prótons e elétrons b) mesmo número de prótons e nêutrons c) mesma carga nuclear e diferentes massas atômicas d) igual soma de número de prótons e de nêutrons e) igual diferença entre número de prótons e elétrons Exemplo 3 (Mackenzie - SP) A característica que identifica isótopos de um elemento químico ´a de apresentarem entre si: a) o mesmo número de massa b) o mesmo número de prótons e o mesmo número de massa c) o mesmo número de nêutrons d) distribuição eletrônica diferente e) o mesmo número atômico e diferentes números de massa Exemplo 4 (Fuvest - SP) O número de elétrons do cátion X2+ de um elemento X é igual ao número de elétrons do átomo neutro de um gás nobre. Este átomo de gás nobre apresenta número atômico 10 e número de massa 20. O número atômico do elemento X é: a) 8 b) 10 c) 12 d) 18 e) 20 Exemplo 5 (Mackenzie - SP) Um certo átomo neutro M tem número atômico igual a x e número de massa igual a y. O número de elétrons no íon M3+ é igual a: a) x + 3 b) (x + y) - 3 c) y - 3 d) x - 3 e) x Exemplo 6 (UFSC) São dados os átomos: I) 35Br80 II) 36Kr80 III) 35Br81 IV) 36Kr81 Indique as proposições verdadeiras. a) I e III são isótopos b) II e IV possuem o mesmo número de massa c) I e IV têm igual número de nêutrons d) I e II possuem o mesmo número de massa e) II e III são isótopos. Respondam os testes e coloquem nos comentários.Posteriormente postarei os gabaritos!

Estudo dos Gases - Termodinâmica

Os sistemas físicos que encontramos na Natureza consistem em um agregado de um número muito grande de átomos. A matéria está em um dos três estados: sólido, líquido ou gasoso: Nos sólidos, as posições relativas (distância e orientação) dos átomos ou moléculas são fixas. Nos líquidos as distâncias entre as moléculas são fixas, porém sua orientação relativa varia continuamente. Nos gases, as distâncias entre moléculas, são em geral, muito maiores que as dimensões das mesmas. As forças entre as moléculas são de pouca intensidade e se manifestam principalmente no momento no qual se chocam. Por esta razão, os gases são mais fáceis de descrever que os sólidos e que os líquidos. O gás contido em um recipiente, é formado por um número muito grande de moléculas, 6,02·10²³ moléculas em um mol de substância. Quando se tenta descrever um sistema com um número muito grande de partículas se torna difícil, ou melhor impossível descrever o movimento individual de cada componente. Por isto mediremos as grandezas que se referem ao conjunto: volume ocupado por uma massa de gás, pressão que exerce o gás sobre as paredes do recipiente e sua temperatura. Estas quantidades físicas são denominadas macroscópicas, no sentido de que não se referem ao movimento individual de cada partícula, e sim do sistema em seu conjunto.


Denominamos estado de equilíbrio de um sistema quando as variáveis macroscópicas pressão p, volume V, e temperatura T, não variam. O estado de equilíbrio é dinâmico no sentido de que os constituintes do sistema se movem continuamente. O estado de equilíbrio do sistema é representado por um ponto em um diagrama p-V. Podemos levar o sistema desde um estado inicial a outro final através de uma sucessão de estados de equilíbrio. Se denomina equação de estado a relação que existe entre as variáveis p, V, e T. A equação de estado mais simples é a de um gás ideal pV=nRT, descrita pelo cientista francês Paul Clapeyron, onde n representa o número de mols, e R a constante dos gases R=0.082 atm·l/(K mol). Se denomina energia interna do sistema a soma das energias de todas as suas partículas. Em um gás ideal as moléculas somente tem energia cinética, os choques entre as moléculas são supostos perfeitamente elásticos, a energia interna somente depende da temperatura.

Cálculo Estequiométrico - Aula 2

Cálculo estequiométrico é o cálculo das quantidades das substâncias envolvidas numa reação química, ou seja, aplicar as leis das combinações químicas às reações observando as seguintes etapas:

1. Estequiometria 

Para trabalhos em laboratórios ou indústrias, é importante conhecer as quantidades dos reagentes que são necessários para produzir determinadas quantidades de produto.

Os cálculos estequiométricos, em princípio, são de dois tipos:

- dada uma determinada quantidade em massa ou volume de um reagente, calcular a quantidade de um componente do produto da reação química.
- calcular a quantidade de um dos reagentes necessária para produzir determinada quantidade de produtos através de uma dada reação química.

Podem-se considerar quatro tipos de problemas que envolvem cálculos estequiométricos:

- relação de massa com massa;
- relação de massa com volume;
- relação de volume com volume;
- relação de mol com átomos ou moléculas.

Para facilitar a resolução de problemas que envolvem a estequiometria deve-se seguir determinada técnica:

1º) Equaciona-se e ajusta-se a reação química.
2º) Sublinham-se, na equação química, as substâncias envolvidas nos dados e perguntas do problema.
3º) Abaixo das fórmulas, escrevem-se os dados estequiométricos correspondentes às unidades dos dados (mol, gramas, número de átomos ou moléculas, volume molar).
4º) Abaixo dos dados estequiométricos, escrevem-se os dados do problema, estabelecendo-se assim a regra de três.
5º) Resolve-se a regra de três.

2. Grau de Pureza 

Os materiais que participam de um processo químico geralmente não são puros. Por isso, em cálculo estequiométrico, muitas vezes é necessário descontar as impurezas, pois estas não participarão da reação química. Por exemplo, se trabalhamos com NaCl com 20 % de impurezas, teremos uma massa total, que corresponde ao sal mais as impurezas que poderiam ser outras substâncias.

Assim, por exemplo, em 60 gramas de cloreto de sódio, temos: 20 % de impurezas = 12 g 80 % de NaCl puro = 48 g Massa total = 60 g

2.1. Como se determina estas quantidades (pureza e impureza)? A massa total (60 g) corresponde a 100%, pois é toda a substância que possui. Estabelece-se, então, uma regra de três simples para determinar as outras percentagens.

3. Rendimento de uma reação 

O rendimento de uma reação química está relacionado com vários fatores, tais como:

- Aparelhagem utilizada;
- Deficiência do operador;
- Impureza das substâncias.

4. Excesso de reagente 

Muitas vezes o enunciado do problema fornece as quantidades de dois reagentes, neste caso, é necessário verificar se algum dos reagentes está em excesso. Exemplo: na reação de 100 g de NaOH com 73 g de HCl, uma vez completada a reação, existirá excesso de algum reagente?

 
Deve-se verificar se estes valores constituem uma proporção, isto é, se obedecem à lei de Proust. A maneira mais fácil de determinar se a lei de Proust é obedecida ou não é multiplicando os meios e os extremos. Se estes dois produtos são iguais, estes valores constituem uma proporção; se forem diferentes, o excesso estará com o reagente que pertencer ao maior produto.

 
Conclusão: existe excesso de NaOH. Este excesso será:

 
x = 80 g de NaOH (é a quantidade de NaOH que reage). Logo, o excesso será: 100 - 80 = 20 g.

Cálculo Estequiométrico - Aula 1

O cálculo estequiométrico, apesar de temido por muitos estudantes, deixa de ser um problema se os seguintes passos forem seguidos:

1.° passo – Montar e balancear a equação química.
2.° passo – Escrever a proporção em mols (coeficientes da equação balanceada).
3.° passo – Adaptar a proporção em mols às unidades usadas no enunciado do exercício (massa, volume nas CNTP, n.° de moléculas etc).
4.° passo – Efetuar a regra de três com os dados do exercício.

Equações químicas 

As reações que os elementos têm entre si para formar um composto são representadas por equações químicas. Exemplo da reação do hidrogênio com o oxigênio para formar água:

2H2(g)+O2(g)--->2H2O(g) 

As substâncias no lado esquerdo são chamadas reagentes e, no lado direito, produtos. Os números antes dos símbolos (omitido se for 1) indicam a quantidade de moléculas. Os símbolos entre parênteses indicam o estado físico: (s) sólido, (l) líquido, (g) gasoso e (aq) solução aquosa (muitas substâncias só reagem em solução aquosa).

Lembrar que a equação química indica a possibilidade de uma reação. Isto significa que a reação nem sempre ocorrerá com o simples contato físico das substâncias. Algumas precisam de aquecimento, outras,de meio aquoso, outras,de ignição (é o caso do exemplo),etc.

Uma equação química deve ser balanceada, isto é, cada elemento deve ter o mesmo número de átomos em ambos os lados da equação. No exemplo dado, esta condição está satisfeita. O balanceamento significa a necessária igualdade de massas entre os dois lados da equação uma vez que não pode haver perda ou ganho de massa.

Massa atômica, massa molecular 

Em química, no lugar das unidades convencionais, a massa de um átomo é expressa em unidades de massa atômica (u) que equivale exatamente a 1/12 da massa do isótopo 12C (carbono 12). Na unidade comum, corresponde a 1,6605402 x 10-27 kg . Pelo fato de o carbono 12 possuir 6 prótons e 6 nêutrons, concluímos que a unidade de massa atômica é, aproximadamente, a massa de um próton ou de um nêutron.

(1 próton=1,0081u; 1 nêutron=1,0090u)

O átomo de 12C foi escolhido como átomo padrão na construção das escalas de massas atômicas. Sua massa atômica foi fixada em 12u.
Unidade de massa atômica (u) é a massa de 1/12 do átomo de 12C.
A massa atômica de um átomo é a massa desse átomo expressa em u. Indica quantas vezes a massa do átomo é maior que 1/12 da massa de 12C.
A massa atômica de um elemento é a massa média dos átomos desse elemento expressa em u. É igual à média ponderada das massas atômicas dos isótopos constituintes do elemento.

Aula de Química - Petrobrás - Tabela Periódica

1. Introdução As fórmulas químicas são formas abreviadas de representar a composição química das substâncias através de símbolos químicos. Existem diversos tipos de fórmulas químicas: 2. Fórmula Mínima: É a fórmula que apresenta apenas a composição qualitativa e quantitativa de uma molécula. Exemplos: - A fórmula mínima da água oxigenada é HO. Esta fórmula expressa quais os elementos que participam de uma substância e em que proporção. - A fórmula mínima do etileno é CH2. Através desta fórmula podemos afirmar que o etileno é formado pelos elementos carbono e hidrogênio e que suas moléculas apresentam uma proporção de dois átomos de hidrogênio para um átomo de carbono. 3. Fórmula Molecular: É a fórmula que apresenta a composição qualitativa e quantitativa da molécula e sua extensão. Voltando ao exemplo da água oxigenada, que apresenta fórmula H2O2: esta é constituída de hidrogênio e oxigênio, a proporção dos elementos é de 1:1 e cada molécula é formada por dois átomos de hidrogênio e dois átomos de oxigênio. Temos, portanto, na fórmula molecular, além da composição qualitativa e quantitativa, o número de átomos de cada elemento que compõem a substância. De maneira semelhante, a molécula do gás etileno é formada por dois átomos de carbono e quatro de hidrogênio (C2H4). Temos, assim, além da composição qualitativa e quantitativa, o número de átomos de carbono e hidrogênio que formam a molécula. 4. Fórmula Estrutural: É a fórmula que apresenta a composição quantitativas, o número de átomos de cada elemento presente na molécula e a disposição dos átomos através de uma representação plana ou espacial de seus átomos e as ligações entre os mesmos. A fórmula estrutural mostra como os átomos estão ligados entre si.

Princípios da Dinâmica - Petrobrás

Dinâmica é a parte da Mecânica que analisa os movimentos, fazendo as relações entre causas e efeitos. O estudo dos movimentos que relacionam as causas e os efeitos é a essência da Dinâmica. Conceitos primitivos como os de força e de energia serão associados aos movimentos, além dos conceitos já estudados na Cinemática. Portanto, daqui em diante, as razões pelas quais os móveis adquirem ou modificam suas velocidades passarão a ser estudadas e relacionadas com as respectivas consequências.

Força: Para se compreender o conceito de força, que é algo intuitivo, pode-se basear em dois tipos de efeitos, dos quais ela é causa:

• Deformação: efeito estático da força; o corpo sofre uma modificação em seu formato, sob a ação da força.
• Aceleração: efeito dinâmico da força, em que o corpo altera a sua velocidade vetorial, isto é, varia pelo menos umas das seguintes características da velocidade: direção, sentido e módulo, quando sujeito à ação da força.

Nesta parte da mecânica que passaremos a estudar tentaremos responder a uma pergunta, talvez das mais antigas feitas pelo homem: como se relacionam forças e movimento? Uma das respostas, dada por Aristóteles (século IV a.C.), pode ser sintetizada como se segue: é impossível a um corpo se deslocar na ausência de forças.

À primeira vista, essa parece resumir de forma simples um fato bem conhecido. Esse fato pode ser, por exemplo, puxar uma cadeira: enquanto você a puxa, ela anda; ao você parar de puxar, ela para. Entretanto, se nos prendermos a análises desse tipo, imediatistas e simplórias, seremos levados a acreditar que a conclusão de Aristóteles estava certa.

E essa conclusão perdurou por aproximadamente 2000 anos, pois apenas no fim do século XVI, com Galileu, e no século XVII, com Newton, é que caíram por terra os postulados aristotélicos do movimento.

A primeira Lei de Newton [princípio da inércia]

Quando a resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula, esse corpo permanecerá em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Antes de passarmos à discussão das idéias contidas nesse primeiro princípio, vejamos o significado de suas palavras. A expressão "resultante das forças que atuam sobre um corpo for nula" é, para nós, sinônimo de equilíbrio. Esse equilíbrio pode manifestar-se de duas formas. Entretanto, perceba que no enunciado da lei, Newton apresenta em primeira análise, dois fatos decorrentes da situação "resultante das forças nula" [R=0]:

• O corpo permanece em repouso. Não discutiremos essa ideia, por se tratar do resultado mais simples e intuitivo contido na Primeira Lei.
• O corpo permanece em movimento retilíneo uniforme.

Nessa segunda parte do enunciado, Newton contradiz Aristóteles na medida em que passa a admitir a possibilidade de movimento na "ausência de forças" [R=0] :

Isso, como vimos, era categoricamente negado por Aristóteles. Vejamos como podemos chegar a essa mesma conclusão, através da experiência a seguir: Se um ponto material estiver livre da ação de forças, sua velocidade vetorial permanece constante. Galileu, estudando uma esfera em repouso sobre um plano horizontal, observou que, empurrando-a com determinada força, ela se movimentava.

Cessando o empurrão [força], a esfera continuava a se mover até percorrer determinada distância. Verificou, portanto, que a esfera continuava em movimento sem a ação de uma força e que a esfera parava em virtude do atrito entre a esfera e o plano horizontal.

Polindo o plano horizontal, observou que o corpo se movimentava durante um percurso maior após cessar o empurrão. Se pudesse eliminar completamente o atrito, a esfera continuaria a se movimentar, por inércia, indefinidamente, sem retardamento, isto é, em movimento retilíneo e uniforme.

  A figura logo acima representa uma nave espacial livre de ações gravitacionais significativas do resto do universo. Com seus motores desligados, a força propulsora da nave é nula, porém ela mantém o seu movimento com velocidade constante, segundo o princípio da inércia.

Analisemos agora o caso de um bloco preso a um fio, que está atado a um pino fixo em uma mesa horizontal e perfeitamente lisa. Posto em movimento, esse bloco passará a se deslocar em movimento circular uniforme em torno do pino, como vemos na figura. Embora o valor da velocidade venha a permanecer constante, podemos perceber que a direção de v é alterada de ponto para ponto da trajetória, graças à ação do fio sobre o corpo, ou seja, o fio é responsável pela presença de uma força F , perpendicular à direção de v , é incapaz de alterar o valor da velocidade, mas altera a direção da velocidade v .

A partir dos exemplos do bloco, podemos perceber que, sempre que alterarmos o estado de movimento de um corpo, ou, em outras palavras, sempre que alterarmos a velocidade vetorial v de um corpo, é necessário que sobre o mesmo atue uma força F . Generalizando temos: Força F será toda ação capaz de alterar a velocidade vetorial v de um corpo.