1. Fenômenos Físicos e Químicos, transformações da matéria.
Sempre que a matéria sofre uma transformação qualquer, dizemos que ela sofreu um fenômeno, que pode ser físico ou químico.
Fenômeno físico
Se o fenômeno não modifica a composição da matéria, dizemos que ocorre um fenômeno físico.
No fenômeno físico a composição da matéria é preservada, ou seja, permanece a mesma antes e depois da ocorrência do fenômeno.
Exemplos de fenômenos físicos são:
Um papel que é rasgado quando submetido a uma força.
Um ímã que atrai a limalha de ferro devido á força magnética.
O gelo que derrete se transformando em água liquida ao absorver calor do meio.
Um bloco de cobre que é transformado em tubos, chapas e fios.
Obs.: Em geral, os fenômenos físicos são reversíveis, ou seja, a matéria retorna a sua forma original após a ocorrência do fenômeno. Mas nem sempre é assim. Quando rasgamos um papel, por exemplo, os pedaços picados continuam sendo de papel, portando temos um fenômeno físico, porém, não podemos obter novamente o papel original e intacto apenas juntando os pedaços picados, o que nos leva a concluir que, em certos aspectos, os fenômenos físicos podem ser irreversíveis.
Fenômeno químico
Se o fenômeno modifica a composição da matéria, ou seja, a matéria se transforma de modo a alterar completamente sua composição deixando de ser o que era para ser algo diferente, dizemos que ocorreu um fenômeno químico.
No fenômeno químico, a composição da matéria é alterada, sua composição antes de ocorrer o fenômeno é totalmente diferente da que resulta no final.
Exemplos de fenômenos químicos são:
Um papel que é queimado.
Uma palhinha de aço que enferruja.
O vinho que é transformado em vinagre pela ação da bactéria Acetobacter aceti.
O leite que é transformado em coalhada pela a ação dos microorganismos Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus themophilus.
Todo fenômeno químico ocorre acompanhado de uma variação de energia, ou melhor, a transformação na composição da matéria implica necessariamente uma liberação ou absorção de energia.
Fenômenos químicos que ocorrem com liberação de energia são denominados exotérmicos. A matéria que resulta de uma transformação exotérmica em geral é mais estável que aquela que lhe deu origem.
Note que essa definição se refere ao saldo de energia da matéria transformada em relação ao meio ambiente após o fenômeno químico ter sido concluído, já que todos os fenômenos químicos necessitam de um fornecimento externo de energia – que pode variar de muito grande a muito pequeno – para serem desencadeados.
Por exemplo, para desencadear a combustão ou queima do papel, é necessário um fornecimento externo de energia, fogo.
Toda combustão só se inicia a partir de um fornecimento externo de energia.
Obs.: O fogo é uma emissão simultânea de calor e luz, que acompanha determinadas transformações químicas. Quando colocamos fogo em um papel, estamos fornecendo energia térmica e luminosa(radiante). A energia liberada na combustão é muito maior do que a energia que foi absorvida para desencadear a queima.
No entanto, o saldo de energia para o meio ambiente depois da combustão(queima) do papel é positivo, ou seja, a combustão do papel é uma transformação em que a energia liberada no final é maior que a energia absorvida para desencadear o fenômeno.
Dessa forma as cinzas sólidas e a matéria gasosa liberada na combustão completa do papel são mais estáveis que o papel em si porque foram formadas por meio de um processo químico exotérmico.
Toda combustão é um fenômeno químico exotérmico, e a matéria produzida numa combustão é mais estável do que a matéria que sofreu combustão para formá-la.
Obs.: O homem utiliza a energia liberada na combustão de alguns tipos de matéria, por exemplo, gasolina, álcool etílico e carvão para realizar trabalho como movimentar engrenagens de motores em geral, sejam de máquinas industriais ou agrícolas, sejam de meios de transporte.
Fenômeno químico endotérmico
Há casos em que os fenômenos químicos ocorrem com absorção de energia.
Fenômenos químicos que ocorrem com absorção de energia são denominados endotérmicos. A matéria que resulta de uma transformação endotérmica é em geral mais instável que aquela que lhe deu origem.
Para desencadear um fenômeno químico endotérmico, também é necessário que haja fornecimento externo de energia.
A diferença nesse caso é que o saldo de energia para o meio ambiente é negativo, isto é, a energia liberada no final é menor que a energia absorvida no inicio – a transformação da matéria absorve energia do meio ambiente.
Como todos os fenômenos ocorrem espontaneamente em direção a um aumento de estabilidade e a absorção de energia implica aumento de instabilidade, os fenômenos químicos endotérmicos não são muito comuns.
Com base em todos os conceitos que vimos até o momento, podemos definir energia de um modo mais amplo:
Energia é o que faz a matéria existir, se movimentar, modificar sua fase de agregação e transformar sua composição.
2. Propriedades da Matéria: Gerais, Organolépticas, Físicas e químicas
Toda espécie de matéria, independentemente da fase de agregação em que se encontre, apresenta uma série de propriedades ou características que, em conjunto, permite identificá-la e diferenciá-la das demais.
Os diferentes usos que damos a cada tipo de matéria ou material dependem diretamente de suas propriedades.
As propriedades gerais são aquelas comuns a toda espécie de matéria e estão relacionadas abaixo.
Propriedade geral
Definições:
Impenetrabilidade
Duas porções de matéria não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo.
Divisibilidade
Desde que a matéria não sofra um fenômeno químico, ela pode ser dividida inúmeras vezes sem alterar suas características.
Compressibilidade
O volume ocupado por certa porção de substancia na fase gasosa pode diminuir se ela for submetida à ação de forças externas.
Elasticidade
Se um material na fase sólida for esticado ou comprimido pela ação de forças externas, sem que suas estruturas sejam rompidas, ele voltará a sua forma original assim que essa força deixar de existir.
Inércia
Os materiais tendem a se manter como estão, isto é, em repouso ou em movimento, até que uma força atue sobre eles modificando a situação original.
As propriedades específicas, por sua vez, são as características próprias de cada material. São divididas em organolépticas, químicas, funcionais e físicas.
Propriedades Organolépticas
São propriedades que impressionam pelo menos um dos nossos cinco sentidos.
Visão – Cor, aspecto geral.
Olfato – Odor característico.
Paladar – Sabor doce, salgado, azedo, amargo e adstringente.
Tato – Material em pó, em grão, superfície lisa e rugosa.
Audição – Som que acompanha determinados fenômenos físicos e químicos.
Propriedades Químicas
São as propriedades que determinam o tipo de fenômeno químico (transformação) que cada material específico é capaz de sofrer.
Uma propriedade química refere-se à habilidade de uma substância se transforma em outra substância.
Por exemplo, o leite pode se transformar em iogurte. Uma palhinha de aço(constituída de ferro) pode se transformar em óxidos e hidróxidos de ferro (ferrugem).
Mas o leite não pode se transformar em óxidos e hidróxidos de ferro nem a palhinha de aço pode se transformar em iogurte.
A propriedade de se transformar em iogurte é uma característica química do leite e a propriedade de “enferrujar” é uma característica química do ferro.
Propriedades Funcionais
São propriedades que se encontram entre as organolépticas e as químicas e são apresentadas por determinados grupos de matérias, identificados por desempenharem alguma função. Elas podem ser:
Acidez
Encontrada no vinagre devido ao ácido acético, no limão devido ao ácido cítrico.
Basicidade
Encontrada no Leite de Magnésia (laxante) devido ao hidróxido de magnésio.
Salinidade
Encontrada no sal de cozinha devido ao cloreto de sódio.
Propriedades Físicas
São certos valores obtidos experimentalmente mediante o comportamento de materiais específicos quando submetidos a determinadas condições de temperatura e pressão, como os pontos de fusão e de ebulição, a densidade e a solubilidade.
Uma propriedade física de uma substância é uma característica que podemos observar ou medir sem mudar a identidade da substância.
Por exemplo, uma propriedade física da água é a sua massa, outra, a sua temperatura. As propriedades físicas incluem características, tais como: ponto de fusão (temperatura na qual um sólido passa para liquido), dureza, cor, estado da matéria (sólido, liquido ou gás) e densidade.
As propriedades também são classificadas pela sua dependência do tamanho da amostra. Uma propriedade intensiva é a que independe do tamanho da amostra.
Ex: temperatura, ponto de fusão e de ebulição, cor, solubilidade, densidade e potencial de oxidação e redução (E°ox e E°rer).
Já uma propriedade extensivas é uma propriedade que depende (extensão) do tamanho da amostra.
Ex: Massa, volume e variação de entalpia (ΔH).
Densidade ou massa específica(d)
É a relação entre a massa(m) de um material e o volume (V) que essa massa ocupa.
A densidade de uma substância é independente do tamanho da amostra porque, dobrando seu volume, também dobra sua massa, então a razão da massa pelo volume permanece constante.
Densidade é, portanto, uma propriedade intensiva. “Quando dizemos, na conversão informal, que o ferro á mais pesado que a água, queremos dizer, na realidade, que a densidade do ferro é maior que a da água”: a primeira afirmação não é necessariamente verdadeira porque um metro cúbico de água é de fato mais pesado que um milímetro cúbico de ferro: a segunda afirmação é sempre verdadeira e independe do tamanho da amostra.
Obs.: alguns materiais, como a madeira, o aço, o vidro, não possuem densidade constante, outros, porém, possuem o valor da densidade constante e invariável sempre que medido nas mesmas condições de temperatura e pressão. Ex: a água apresenta densidade de 1g/cm3 ou 1g/mL na temperatura de 4°C sob pressão de 1atm.
Obs.: diferentes substâncias são diferenciadas por suas propriedades intensivas. Então, poderíamos ser capazes de reconhecer uma amostra de água observando sua cor, o fato de ser liquida, sua densidade(1g/cm3), seus pontos de fusão(0°C) e ebulição(100°C).
Solubilidade
É capacidade que um material (soluto) possui de espalhar uniformemente (se dissolver) num outro material (solvente).
3. Classificação material – Substâncias e Misturas
Existem materiais, como o álcool hidratado, a gasolina, a madeira, o mármore, o ar atmosférico, cujas propriedades químicas e físicas variam, mesmo que as condições de pressão e temperatura se mantenham constantes.
Ex: Álcool hidratado, a gasolina, a madeira, mármore.
Outros materiais, porém, como a água destilada, o álcool etílico, o iodo, o ouro, o silício, o sulfato de cobre, apresentam propriedades químicas e físicas constantes desde que medidas nas mesmas condições de temperatura e pressão.
Quando o material possui todas as propriedades definidas, bem determinadas e invariáveis nas mesmas condições de temperatura e pressão, esse material é uma substância. Cada substância é definida por um conjunto de propriedades físicas, químicas, organolépticas e funcionais próprias.
Não existe duas substâncias com todas as propriedades iguais.
Uma substância é um material que possui todas as propriedades definidas e bem determinadas.
Assim, como exemplos de substâncias podemos citar:
Água destilada
Álcool etílico
Gás carbônico
Ferro
Mercúrio
Oxigênio
Quando o material não possui todas as propriedades definidas e bem determinadas ou quando as propriedades de um material variam mesmo que as condições de temperatura e pressão sejam mantidas, dizemos que esse material é uma mistura.
Uma mistura é um material que não possui todas as propriedades definidas porque é constituído de duas ou mais substancias diferentes.
Como exemplos de misturas podemos citar, dentre outros:
Granito: mica, quartzo e feldspato em proporções variadas;
Petróleo: inúmeras substancias como metano, etano, eteno, propano, butano, etc.
Madeira: celulose, lignina, água, ácido acético e outras substancias em porcentagens variadas.
Aço: ferro(98,5%), carbono(1,5%¨), em massa;
Ar atmosférico: gás nitrogênio(78%), gás oxigênio (20%), gás argônio (1%), gás carbônico, vapor d’água e outros gases(1%), em volume.
Os materiais podem ser formados de uma substância ou de uma mistura de substâncias. Para classificá-los de uma forma ou de outra, basta verificar se suas propriedades físicas, químicas, organolépticas, e funcionais são constantes e bem determinadas (substancia) ou se são variáveis (misturas)
Outro critério para classificar um material — Substância e mistura — é observar o numero de fases que ele possui.
Cada fase de um material é identificada pelas seguintes características:
Possui aspecto visual uniforme, mesmo ao ser examinada num ultramicroscópio.
Possui propriedades específicas constantes em toda a sua extensão.
Assim, por exemplo, se examinamos ao ultramicroscópio o aspecto visual de um sistema com álcool hidratado e de outro com sangue, veremos que o primeiro é totalmente uniforme, portanto constituído de uma única fase; já o segundo apresenta um aspecto desigual que não pode ser percebido a olho nu, mas é claramente visível ao ultramicroscópio, portanto é constituído de mais de uma fase.
Dizemos que um material ou sistema é homogêneo quando ele possui uma única fase, ou seja, é monofásico.
Material ou sistema homogêneo é aquele que possui uma única fase.
Como exemplos, podemos citar:
Qualquer substância que se apresenta numa única fase de agregação, como água liquida, fero sólido, amônia gasosa.
Qualquer mistura na qual as substância componentes estejam, totalmente dissolvidas umas nas outras(uniformemente distribuídas e espalhadas), como álcool hidratado( água e álcool etílico) ou gás oxigênio e gás nitrogênio ou ouro de 18 quilates( 75% de ouro, 12,5% de prata e 12,5% de cobre)
Soluções : Misturas homogêneas
As misturas homogêneas são denominadas soluções.
Do ponto de vista prático, consideramos que as soluções são formadas de um solvente ( o componente que se encontra em maior quantidade) e um ou mais solutos( componentes em menor quantidade).
Características
Não podem ser observadas nem com ajuda de um ultramicroscópio, embora exista atualmente um aparelho denominado microscópio de tunelamento eletrônico, capaz de simular por computador a imagem das partículas que compõem determinadas soluções sólidas ( ouro 18 quilates, por exemplo.
Não podem ser separadas do solvente por nenhum processo mecânico, como a ultracentrifugação ou a ultrafiltração.
Podem ser encontradas em qualquer fase de agregação: sólidas, liquidas ou gasosas.
Dizemos que um material ou sistema é heterogêneo quando ele possui mais de uma fase; nesse caso pode ser bifásico(duas fases), trifásico(três fases), tetrafásico (quatro fases) ou até polifásico( inúmeras fases).
Material ou sistema heterogêneo é aquele que possui duas ou mais fases.
Os materiais ou sistemas heterogêneos podem ser divididos em dois grupos distintos; as dispersões grosseiras e as dispersões coloidais; os componentes de uma misturas heterogênea, também do ponto de vista prático, são divididos em dispergente ( o componente que se encontra em maior quantidade) e um ou mais dispersos (componentes em menor quantidade).
