Videoaula 13 – Gases
Nesta aula foi apresentado as propriedades dos gases, a natureza
dos gases suas leis. Vimos também as aplicações destas Leis, Os gases ideais e
reais.
Na natureza dos gases, a atmosfera é o gás mais importante
porque ela protege a radiação, no caso o ozônio. Nos fornece oxigênio, nitrogênio,
dióxido de carbono e água. Na tabela periódica existem 11 elementos que são
gases em condições normais. O fato dos gases serem facilmente compressíveis e
preencherem o espaço disponível sugere que suas moléculas estão muito afastadas
umas das outras e em movimento caótico incessante. Podemos dizer então que as
partículas estão organizadas porém afastadas umas das outras, sem sofrerem
influencia das outras partículas. Quando comprimidas, geram uma pressão que é a
razão entre a força exercida pelo gás em uma determinada área. Na Lei dos gases,
o cientista Robert Boyle (1662), fez uma relação do efeito da pressão sobre o volume,
chamada Lei de Boyle. Onde o volume é inversamente proporcional à pressão.
Outros Cientistas Jacques Charles e Joseph-Louis Gay-Lussac,
fazem menção à outras relações onde a temperatura afeta pressão, volume e
densidade. Trazendo mais algumas informações com o Princípio de Avogadro, as
mesmas condições de temperatura e pressão um determinado número de moléculas de
gás ocupam o mesmo volume, independente de sua identidade química. Na Lei dos
gases ideais, as três propriedades de um gás podem ser combinadas, onde surge a
equação P V = n R T, onde R = constante
dos gases (não depende da natureza). O Gás ideal obedece a lei dos gases dada
pela equação de estado. As condições normais de temperatura e pressão (CNTP)
são 298,15 K e 1 bar e as condições de temperatura e pressão padrões são 0 o C
(273,15 K) e 1 atm. Sobre pressão parcial de um gás, é a pressão que ele
exerceria se ocupasse sozinho o recipiente. Já a pressão total de uma mistura
de gases é a soma das pressões parciais de seus componentes. Então, a pressão
parcial de um gás está relacionada à pressão total pela fração molar: P A = x A
P. O movimento das moléculas são feitas pela Difusão ( É a dispersão gradual
das partículas numa substância como o ar. Exemplo: cheiro de perfume no ar) e
Efusão ( Movimento caótico das partículas, onde ocorre uma pressão e tende a ir
para um espaço onde essa pressão é menor). Com isso, teremos um modelo cinético
dos gases onde um gás é uma coleção de moléculas em movimento aleatório
contínuo; As moléculas de um gás são pontos infinitesimalmente pequenos; As
partículas se movem em linha reta até colidirem; As moléculas não influenciam umas às outras, exceto
durante as colisões. Os Gases Reais, ou
seja, gases com pressões muito elevadas, no fator de compressão, este gases são
formados por átomos ou moléculas sujeitos a atrações e repulsões intermoleculares.
As atrações têm um alcance maior do que as repulsões. O fator de compressão é
uma medida da força e do tipo de forças intermoleculares. Quando Z > 1, as
repulsões intermoleculares são dominantes, e quando Z < 1, as atrações
dominam.
Videoaula 14 - Forças intermoleculares
Nesta aula foram
discutidas as forças intermoleculares e as origens destas forças. Falou-se
sobre forças íon-dipolo, forças dipolo-dipolo, forças de London e ligação de
hidrogênio.
Nas origens das
forças intermoleculares, as moléculas se atraem e também se repelem. Elas farão
esse sistema de atração ou repulsão através das forças Coulombicas, através de
cargas positivas e cargas negativas. Os gases as forças intermoleculares têm papel
muito pequeno, já os líquidos têm um papel crucial. Quando as forças atrativas
juntam as moléculas, formam-se fases condensadas. Com isso, as repulsões dominam
em distâncias pequenas.
Nas Forças íon-dipolo, as interações são
fortes para íons pequenos com carga elevada. Em consequência, os cátions
pequenos com carga elevada formam, frequentemente, compostos hidratados. Nas Forças
dipolo-dipolo, as moléculas polares participam das interações, que decorrem da
atração entre as cargas parciais de suas moléculas. As interações dipolo-dipolo
são mais fracas do que as forças entre íons e diminuem rapidamente com a
distância, especialmente das fases líquidas e gás, em que as moléculas estão em
rotação. Nas Forças de London, as interações surgem da atração entre os dipolos
elétricos instantâneos de moléculas vizinhas e agem em todos os tipos de
moléculas. Sua energia aumenta com o número de elétrons da molécula. Elas se
superpõem às interações dipolo-dipolo. Moléculas polares também atraem
moléculas não polares através de interações fracas dipolo-dipolo induzido.
Falando nesta interação, Dipolo-dipolo induzido são fortemente relacionadas com
as interações de London onde as interações funcionam através do mecanismo pelo
qual uma molécula polar interage com uma molécula não polar (por exemplo,
quando o oxigênio se dissolve em água). Nas interações de van der Waals, as
interações intermoleculares que dependem do inverso da sexta potência da
distância. As ligações de Hidrogênio ocorrem quando átomos de hidrogênio estão
ligados a átomos de oxigênio, nitrogênio e flúor, é o tipo mais forte de força
intermolecular.
Videoaula 15 - Estrutura de líquidos e sólidos
Nesta aula foram
discutidas as estruturas dos líquidos e dos sólidos. As ordens nos líquidos,
viscosidade e tensão superficial para líquidos. Visto também sobre a classificação
dos sólidos.
Na estrutura dos
líquidos, a ordem nos líquidos a energia cinética das moléculas supera, eventualmente,
as forças intermoleculares e as moléculas se movimentam. No líquido, as
moléculas só têm ordem de curto alcance, ou seja, não têm ordem de longo
alcance. Diferentemente do estado sólido.
Na viscosidade e
tensão superficial, um líquido é a resistência ao escoamento. Tensão
superficial é a resposta ao empuxo em direção ao corpo do líquido. A superfície
de um líquido é nítida porque as forças intermoleculares tendem a manter juntas
as moléculas, puxando-as para o corpo do líquido. Quanto maior for à
viscosidade de um líquido, mais lentamente ele escoa. A viscosidade normalmente
diminui com o aumento da temperatura. A tensão superficial decorre do
desequilíbrio de forças intermoleculares na superfície de um líquido onde a
ação capilar é uma consequência do desequilíbrio entre as forças adesivas e
coesivas. Na ordem dos sólidos a temperatura é tão baixa que as moléculas de
uma substância não têm energia suficiente para escapar, ainda que parcialmente,
de seus vizinhos, ela se solidifica. Há faces do cristal, em ângulos bem
definidos uns em relação aos outros e essas faces são formadas por camadas
ordenadas de átomos. Os sólidos amorfos não tem faces bem definidas, a menos
que tenham sido moldados ou cortados. Sólidos moleculares são conjuntos de
moléculas discretas mantidas em suas posições por forças intermoleculares. Sólidos
reticulares, formados por átomos ligados a seus vizinhos por covalências em
todo o sólido. Sólidos metálicos, ou, metais formados por cátions unidos por um
“mar” de elétrons. Sólidos iônicos, construídos pela atração mútua de cátions e
ânions. As características típicas dos sólidos em classes são:
Os Sólidos
moleculares são formados por moléculas mantidas juntas por forças intermoleculares
relativamente fracas. Normalmente são menos duros do que os sólidos iônicos e
fundem-se, em geral, em temperaturas baixas. Molecular: Exemplos: BeCl2, S8, glicose,
naftaleno, P4, I2, gelo.
Características: Pontos
de fusão e ebulição relativamente baixos, quebradiços, quando puros.
Os Sólidos reticulares
são mantidos por ligações covalentes fortes, que formam uma rede que se estende
por todo o cristal. Geralmente são duros e rígidos, e têm pontos de ebulição e
fusão elevados. Materiais cerâmicos tendem a ser sólidos reticulares. O
diamante e a grafita são sólidos reticulares. Exemplos: B, C, P preto, BN, SiO2.
Características: Duro, rígido, quebradiço, pontos de fusão muito altos,
insolúveis em água.
Nos sólidos
metálicos, os cátions de um metal mantêm-se em posição pela interação com o
“mar” de elétrons que circunda. Número de coordenação do sólido hexagonal,12,
número de vizinhos mas próximos de cada átomo. Exemplos: Elementos de blocos s
e d. Características: Maleável, dúctil, lustroso, condutores térmicos e elétricos.
Nos sólidos iônicos,
os íons empacotam na estrutura cristalina regular que corresponde à energia
mais baixa. A estrutura adotada depende da razão entre os raios do cátion e do
ânions e o caráter covalente de uma ligação iônica restringe as direções das
ligações. Iônico: Exemplos: NaCl, KNO3, CuSO4 e 5H2O. Características: Duro,
rígido, quebradiço, pontos de fusão e ebulição altos, os solúveis em água dão
soluções condutoras.
Sobre Célula
unitária, a menor unidade que, quando empilhada repetidamente sem lacunas, pode
reproduzir o cristal inteiro.
Todas as estruturas
cristalinas são derivadas dos 14 retículos de Bravais. Os átomos de uma célula unitária
são contados determinando-se a fração de cada átomo que está dentro da célula.
O tipo de célula unitária adotado por um metal pode ser determinado pela medida
da densidade do sólido. Sobre o impacto nos materiais, os cristais-líquidos são
substâncias que escoam como líquidos viscosos, mas suas moléculas ficam em um
arranjo moderadamente ordenado, semelhante ao de um cristal. Eles são exemplos
de uma mesofase, isto é, um estado intermediário da matéria com a fluidez de um
líquido e um pouco da ordem molecular de um sólido. Os cristais-líquidos são
muito usados na indústria eletrônica, porque respondem bem a mudanças de
temperatura e de campo elétrico. Nos Líquidos iônicos são compostos nos quais
um dos íons é orgânico e volumoso, o que impede a cristalização nas temperaturas
comuns. A baixa pressão de vapor dos líquidos iônicos os tornam solventes capazes
de reduzir a poluição.
Videoaula 16 – Soluções
Foram discutidos os
seguintes temas relacionados às soluções: misturas e soluções, classificação de
misturas, técnicas de separação, concentração e diluição, além de soluções em
água e precipitação, eletrólitos, reações de precipitação, equações iônicas e
equações simplificadas. Mistura é a uma mudança física, enquanto a formação de
um composto exige uma mudança química. Na mistura, os componentes podem ser separados
por técnicas físicas. A composição é variável e as propriedades estão relacionadas
com as de seus .componentes. Nos compostos não podem ser separados por técnicas físicas,
a composição é fixa. As propriedades não estão relacionadas com as de seus componentes.
Estas misturas podem ser heterogêneas e homogêneas. Soluções são um processo
físico e não químico. As misturas retêm as propriedades de seus constituintes e
nisso elas diferem dos compostos. As misturas são classificadas como homogêneas
ou heterogêneas. As soluções são misturas homogêneas de duas ou mais
substâncias e podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. Para as técnicas de
separação, temos a Decantação, Filtração, Cromatografia e Destilação. A
separação de misturas aproveita as diferenças de propriedades físicas dos
componentes. As técnicas baseadas nas diferenças físicas incluem a decantação,
a filtração, a cromatografia e a destilação.
Na Concentração molar,
as unidades de molaridade são mols por litro (mol. L -1), normalmente
representamos por: 1 M = 1 mol. L -1
Na Diluição, em Soluções
em água, os Eletrólitos são uma solução de eletrólito forte em água e está na forma
de íons que permitem a condução de eletricidade. Os solutos em soluções de não
eletrólitos estão presentes como moléculas. Somente uma fração pequena de moléculas
de soluto em soluções de eletrólitos fracos está presente como íons. Soluções
em água e precipitação, ocorre uma reação de precipitação quando duas soluções
de eletrólitos são misturadas e eles reagem para formar um sólido insolúvel.
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