1. Explicação e representação de reações químicas

Físico-Química 8ºAno

Explicação e representação de reações químicas

Início

Explicação e representação de reações químicas

Constituição da matéria

Átomos, elementos e símbolos químicos

Moléculas e fórmulas químicas

Iões e compostos iónicos

Reações químicas e equações químicas

Explicação e representação de reações químicas

Constituição da matéria

Pressão, temperatura e volume de um gás

Corpúsculos

Diagrama de conceitos

Os corpúsculos e os estados físicos da matéria

Pressão de um gás

Em síntese

constituição da matéria

Corpúsculos

Os corpúsculos são partículas, extremamente pequenas, constituintes da matéria.

constituição da matéria

Corpúsculos como constituintes da matéria

A teoria corpuscular da matéria explica que a matéria é constituída por partículas de dimensões muito reduzidas denominadas por corpúsculos.

Quando se dissolve açúcar em água, o volume da mistura mantém-se igual. Os corpúsculos do açúcar vão ocupar os espaços vazios entre os corpúsculos da água.

Info

constituição da matéria

Corpúsculos como constituintes da matéria

Ao deixar cair igual porção de permanganato de potássio na água fria e na água quente observamos que o permanganato se dispersou mais na água quente. O permanganato de potássio dispersa-se na água, porque as duas substâncias são constituídas por corpúsculos em constante agitação que se misturam entre si. Na água quente é maior a agitação dos corpúsculos o que ajuda o processo de dispersão.

constituição da matéria

Propriedades macroscópicas dos estados físicos

constituição da matéria

Propriedades microscópicas dos estados físicos

Info

constituição da matéria

Pressão de um gás

À força exercida pelos corpúsculos por unidade de área, na superfície do recipiente onde estão contidos, designa-se por pressão. No Sistema Internacional de unidades, a unidade de pressão é o pascal (Pa).

constituição da matéria

Pressão, temperatura e volume de um gás

Pressão e volume, com temperatura constante

Mantendo a temperatura e o número de partículas constantes:

constituição da matéria

Pressão, temperatura e volume de um gás

Pressão e temperatura, com volume constante

Mantendo a volume e o número de partículas constantes:

constituição da matéria

Pressão, temperatura e volume de um gás

Volume e temperatura, com pressão constante

Mantendo a pressão e o número de partículas constantes:

Matéria

é constituída por

Corpúsculos

cuja liberdade de movimentos pode definir o

Átomos

que podem ser

Moléculas

Estado Físico

Iões

que pode ser

Gasoso

Líquido

Sólido

definido por

Temperatura

Volume

Pressão

constituição da matéria

Em Síntese

• Os corpúsculos constituintes da matéria são muitíssimo pequenos e de três tipos diferentes: átomos, moléculas ou iões.
• A teoria corpuscular da matéria diz que toda a matéria é constituída por corpúsculos.
• Os corpúsculos estão em constante movimento e separados uns dos outros.

• A agitação dos corpúsculos de um material é tanto maior quanto maior for a sua temperatura.

• Estado Sólido:
• Forma própria
• Volume Constante
• Estado Líquido:
• Forma variável
• Volume constante
• Estado Gasoso:
• Forma variável
• Volume variável

constituição da matéria

Em Síntese

• A temperatura de um gás, o volume que ocupa e a sua pressão são grandezas que se relacionam entre si.

Explicação e representação de reações químicas

Átomos, elementos e símbolos químicos

Modelos atómicos

Símbolos químicos

Representação dos átomos

Constituição do átomo

Elementos químicos

Diagrama de conceitos

Em síntese

Átomos, elementos e símbolos químicos

Modelos atómicos

Os átomos são muito pequenos e não podem ser vistos à vista desarmada ou com microscópio ótico.

Átomos, elementos e símbolos químicos

Constituição do átomo

Átomos, elementos e símbolos químicos

Elementos químicos

Por exemplo:

• Átomos com 8 protões pertencem ao mesmo elemento químico, o oxigénio.
• Átomos com 17 protões pertencem ao mesmo elemento químico, o cloro.

Átomos, elementos e símbolos químicos

Símbolos químicos

Os elementos químicos são representados por símbolos químicos.

Átomos, elementos e símbolos químicos

Representação dos átomos

Para representar os átomos usando símbolos químicos, deve escrever-se o número de átomos antes do símbolo que os representa.

Átomos, elementos e símbolos químicos

Em síntese

• Átomos são corpúsculos constituídos por partículas subatómicas: protões, neutrões e eletrões.
• As partículas subatómicas caracterizam-se pela sua carga elétrica, massa e localização no átomo:

• Os átomos são corpúsculos eletricamente neutros porque têm igual número de protões e de eletrões.
• Os átomos de um elemento químico podem ser diferentes, mas todos têm igual número de protões (e também de eletrões).
• Cada elemento químico é representado por um simbolo químico, que representa também um átomo do elemento.

Explicação e representação de reações químicas

Moléculas e fórmulas químicas

Moléculas

Substâncias moleculares

Mistura de substâncias

Fórmulas químicas

Composição das moléculas

Diagrama de conceitos

Em síntese

moléculas e fórmulas químicas

Moléculas

moléculas e fórmulas químicas

Fórmulas químicas

Uma molécula é representada por fórmulas químicas.

moléculas e fórmulas químicas

Fórmulas químicas

Representação simbólica de 7 moléculas de água

moléculas e fórmulas químicas

Composição das moléculas

As fórmulas químicas permitem conhecer a composição qualitativa e quantitativa das moléculas.

moléculas e fórmulas químicas

Composição das moléculas

moléculas e fórmulas químicas

Substâncias moleculares

As substância moleculares são formadas por moléculas.

moléculas e fórmulas químicas

Misturas de substâncias

Em todas as misturas há duas ou mais substâncias juntas, por isso não podem ser representadas por fórmulas químicas. Nas misturas há corpúsculos diferentes: há tantos corpúsculos diferentes quantas as substâncias que formam a mistura.

moléculas e fórmulas químicas

Em síntese

• Moléculas são corpúsculos neutros formados por dois ou mais átomos ligados entre si.
• As moléculas podem ser:
• Diatómicas – quando formadas por dois átomos.
• Poliatómicas – quando formadas por três ou mais átomos.
• Macromoléculas – podem ter até milhares de átomos.
• As substâncias podem ser classificadas de acordo com o número de elementos químicos presentes nas unidades estruturais:
• quando está presente apenas um elemento químico, chamam-se substâncias elementares;

• quando estão presentes dois ou mais elementos químicos, chamam-se Substâncias compostas.
• Nas misturas de substâncias há corpúsculos diferentes.

• A fórmula química indica-nos a composição qualitativa da molécula – quais são os elementos que a formam – e a sua composição quantitativa– quantos átomos a constituem.
• Cada molécula é representada por uma fórmula química.
• As substâncias moleculares são formadas por moléculas.

Explicação e representação de reações químicas

Iões e compostos iónicos

Iões

Compostos iónicos

Composição dos compostos iónicos

Iões negativos

Diagrama de conceitos

Iões positivos

Síntese

Força elétrica

Iões e compostos iónicos

Iões

Os iões resultam de átomos ou de grupos de átomos que perderam ou ganharam eletrões, chamando-se:

• iões monoatómicos, os que resultam de átomos;
• iões poliatómicos, os que resultam de grupos de átomos ligados.

Rótulos das embalagens

Iões e compostos iónicos

Iões negativos

Quando um átomo ganha 1 eletrão...

... origina um ião de carga 1 – ou mononegativo maior do que o átomo.

Iões e compostos iónicos

Iões negativos

Quando um átomo ganha 2 eletrões...

... origina um ião de carga 2 – ou dinegativo maior do que o átomo.

Iões e compostos iónicos

Iões negativos

Os grupos de átomos também podem ganhar eletrões, formando aniões.

Iões e compostos iónicos

Iões positivos

Quando um átomo perde 1 eletrão...

... origina um ião de carga 1 + ou monopositivo menor do que o átomo.

Iões e compostos iónicos

Iões positivos

Quando um átomo perde 2 eletrão...

... origina um ião de carga 2 + ou dipositivo menor do que o átomo.

Iões e compostos iónicos

Iões positivos

Os grupos de átomos também podem perder eletrões, formando catiões.

Iões e compostos iónicos

Força elétrica

A força elétrica é uma das interações fundamentais da Natureza.

Iões e compostos iónicos

Compostos iónicos

Regras para a representação das fórmulas químicas dos compostos iónicos: 1. Representa-se, simbolicamente, em primeiro lugar o catião e depois o anião. 2. A proporção dos iões estabelece-se de modo a que a soma algébrica da carga elétrica dos iões seja nula. 3. A proporção de cada ião no composto iónico escreve-se à direita de cada ião em índice.

Os sais são exemplos de substâncias iónicas.

Exemplos

Iões e compostos iónicos

Compostos iónicos

Iões e compostos iónicos

Composição dos compostos iónicos

As substâncias iónicas podem ser caracterizadas pela sua composição qualitativa e quantitativa. - Composição qualitativa: permite saber quais são os iões da substância. - Composição quantitativa: permite saber quantos são os iões da substância.

Iões e compostos iónicos

Em síntese

• Os iões resultam de átomos ou grupos de átomos ligados, que perdem ou ganham eletrões:

• As substâncias iónicas formam-se a partir da junção de aniões e catiões em proporções tais que, na globalidade, a sua carga elétrica é nula. São representadas por fórmulas químicas.

• Na fórmula química escreve-se primeiro a representação do ião positivo e depois a do ião negativo. No nome escreve-se primeiro o do ião negativo e depois o do ião positivo.

Catião

Anião

Explicação e representação de reações químicas

Reações químicas e equações químicas

O que são reações químicas

Equações químicas

Diagrama de conceitos

Reação química, ao nível corpuscular

Síntese

Lei de Lavoisier

Reações químicas e equações químicas

O que são reações químicas

Assistimos no dia a dia a muitas transformações que são reações químicas.

Evidências de reações químicas

Reações químicas e equações químicas

O que são reações químicas

Os corpúsculos combinam-se de diferentes formas, formando novas substâncias, que constituem a grande diversidade de materiais existentes no nosso dia a dia.

Os átomos de hidrogénio e de oxigénio podem combinar-se e originar água (H2O) ou peróxido de hidrogénio (H2O2).

Reações químicas e equações químicas

O que são reações químicas

Nas reações químicas, as substâncias iniciais – os reagentes – desaparecem e formam-se novas substâncias – os produtos da reação.

Reações químicas e equações químicas

O que são reações químicas

Nas equações de palavras que representam reações químicas, escreve-se:

• primeiro os nome dos reagentes, separados por sinais +;
• depois os nomes dos produtos da reação, separados por sinais +;
• uma seta, da esquerda para a direita, → , que separa os reagentes dos produtos da reação.

Reações químicas e equações químicas

Reação química, ao nível corpuscular

Os químicos explicam as reações químicas do seguinte modo:

• os corpúsculos dos reagentes, em contacto, chocam entre si;
• os choques podem causar separação de átomos ou grupos de átomos que se encontravam ligados nos corpúsculos dos reagentes;
• novos choques podem causar ligações diferentes entre os átomos e os grupos separados, originando os produtos da reação.

Exemplos

Reações químicas

Reações químicas e equações químicas

Reação química, ao nível corpuscular

1ºExemplo: Reação do carbono com o dioxigénio

O carbono, em contacto com o dioxigénio, depois de aquecido à chama, transforma-se em dióxido de carbono, ocorrendo uma reação por junção de substâncias.

Reações químicas e equações químicas

Reação química, ao nível corpuscular

2ºExemplo: Eletrólise da água

A água, por ação da corrente elétrica, transforma-se em dioxigénio e di-hidrogénio, ocorrendo uma reação química a partir de uma só substância.

Reações químicas e equações químicas

Lei de Lavoisier ou lei da conservação da massa

Variação da massa numa reação química

Numa reação química: Assim, durante uma reação química:

• A massa dos reagentes diminui.
• A massa dos produtos de reação aumenta.

Representação gráfica da variação da massa numa reação química

Exemplo

Reações químicas e equações químicas

Lei de Lavoisier ou lei da conservação da massa

Reações químicas e equações químicas

Lei de Lavoisier ou lei da conservação da massa

Conservação do número de átomos

Reações químicas e equações químicas

Equações químicas

As reações químicas consistem no rearranjo dos átomos e representam-se simbolicamente por equações químicas. Os químicos utilizam, sempre que possível, uma linguagem simbólica universal: representam os elementos por símbolos químicos, as substâncias por fórmulas químicas e as reações químicas por equações químicas. Como se representa uma equação química?

Exemplos

Reações químicas e equações químicas

Equações químicas

1ºExemplo: Reação do carbono com o dioxigénio

Acerto da equação química

Leitura da equação química

Reações químicas e equações químicas

Equações químicas

2ºExemplo: Reação de eletrólise da água

Acerto da equação química

Leitura da equação química

Reações químicas e equações químicas

Equações químicas

2ºExemplo: Reação de eletrólise da água

Acerto da equação química

Leitura da equação química

Acerto da equação química

A contagem dos átomos de oxigénio e de hidrogénio antes da seta e depois da seta indicada no quadro mostra que o numero de átomos de oxigénio não é igual nos reagentes e nos produtos da reação.

Reações químicas e equações químicas

Em síntese

• Ocorrem reações químicas sempre que:
• duas ou mais substâncias em contacto originam novas substâncias;
• uma só substância, por ação de certos agentes, origina novas substâncias.
• Nas reações químicas as substâncias iniciais, que se consomem, chamam-se reagentes e as substâncias novas, que se formam, são os produtos da reação.
• As reações químicas resultam de rearranjos de átomos dos reagentes que levam à formação dos produtos da reação.
• Não há destruição de átomos nem formação de átomos novos.
• Mantém-se o número total de átomos de cada elemento.
• Todas as reações químicas obedecem à lei da conservação da massa, ou lei de Lavoisier:
• a massa total das substâncias presentes é constante
• a diminuição da massa dos reagentes é igual ao aumento da massa dos produtos da reação, conservando-se a massa total.

Reações químicas e equações químicas

Em síntese

• As reações químicas representam-se por equações químicas onde constam:
• as fórmulas químicas dos reagentes e dos produtos da reação, seguidas dos símbolos dos estados físicos;
• coeficientes numéricos adequados para tornar o número de átomos de cada elemento químico igual antes e depois da seta.

Corpúsculos como constituintes da matéria

Quando um frasco de perfume fica aberto num quarto, o cheiro a perfume chega a todos os pontos do compartimento. O cheiro a perfume dispersa-se por todo o quarto porque os corpúsculos do perfume que se evapora estão em constante movimento e espalham-se por todo o espaço disponível.

Duas moléculas de água líquida originam duas moléculas de di-hidrogénio gasoso e uma molécula de dioxigénio gasoso. O di-hidrogénio e o oxigénio formam-se na proporção 2 : 1, mas a proporção em que a água reage e o di-hidrogénio se forma é de 1 : 1. Assim, 10 moléculas de água originam 10 moléculas de di-hidrogénio e 5 moléculas de dioxigénio.

Consideram-se evidências da ocorrência de reações químicas as seguintes observações:

• formação de um gás a partir de líquidos e/ou sólidos;
• formação de um sólido a partir de líquidos e/ou gases;
• mudança de cor;
• aparecimento de cheiro;
• aumento ou diminuição da temperatura;
• aparecimento de chama;
• desaparecimento de substâncias iniciais.

Corpúsculos como constituintes da matéria

• Os iões podem ser classificados em:

- monoatómicos: formados a partir de átomos que ganharam ou perderam eletrões;- poliatómicos: formados a partir de um conjunto de átomos que ganharam ou perderam eletrões.

• Se o mesmo átomo pode originar iões positivos de cargas diferentes, indica-se, após o nome, o valor da carga, em número romano, dentro de parêntesis.

Exemplo: Ferro(II) ⇔ Fe2+ Ferro(III) ⇔ Fe3+

Modelos moleculares

Para podermos identificar visualmente os átomos, usamos representações ou modelos.

Estado Gasoso

A liberdade de movimentos dos corpúsculos é muito grande, porque as forças de interação são muito fracas, quase inexistentes. Os corpúsculos deslocam-se livremente, podendo ficar muito afastados e completamente desorganizados.

Corpúsculos

O que acontece ao vapor de água que sai de uma panela que está a ser aquecida? O vapor de água é formado por corpúsculos que vão dispersar-se no ar.

Graficamente podemos representar a variação da massa numa reação química da seguinte forma. Verifica-se que, à medida que a reação química decorre, a massa total do sistema permanece constante.

Como se explica o que acontece aos corpúsculos durante esta reação?

• Sempre que um átomo de carbono e uma molécula de dioxigénio chocam eficazmente, os átomos da molécula de dioxigénio separam-se um do outro.
• Os átomos de oxigénio separados ligam-se ao átomo de carbono, formando uma molécula de dióxido de carbono.

Esquematicamente:

Mudanças de Estado físico

As equações químicas só ficam corretamente escritas quando evidenciam que o número total de átomos de cada elemento se mantém

Um átomo de carbono sólido reage com uma molécula de dioxigénio gasoso, originando uma molécula de dióxido de carbono gasoso. O carbono e o dioxigénio reagem na proporção 1 : 1 e o dióxido de carbono também se forma nesta proporção. Assim, se reagirem 5 átomos de carbono reagem também 5 moléculas de dioxigénio e formam-se 5 moléculas de dióxido de carbono.

A pressão do gás contido num recipiente fechado mede-se com dispositivos chamados manómetros.

Rótulos das embalagens

Os rótulos das embalagens dos produtos que usamos no dia a dia podem conter a identificação dos iões presentes nesses produtos.

O diagrama apresenta alguns elementos, símbolos químicos e respetivos modelos.

Estado Sólido

A liberdade de movimentos dos corpúsculos é pequena, porque as forças de interação são fortes. Os corpúsculos estão muito próximos e organizados.

Como se explica o que acontece aos corpúsculos durante esta reação?

• Sempre que duas moléculas de água chocam eficazmente, os átomos separam-se.
• Dois átomos de oxigénio, um de cada molécula, ligam-se e formam uma molécula de dioxigénio.
• Quatro átomos de hidrogénio ligam-se dois a dois, formando duas moléculas de di-hidrogénio.

Esquematicamente:

Estado Líquido

A liberdade de movimentos dos corpúsculos é maior do que nos sólidos, porque as forças de interação são menos intensas. Os corpúsculos já podem deslocar-se de uns lados para outros, e estão menos próximos e menos organizados do que nos sólidos.

Um átomo de carbono sólido reage com uma molécula de dioxigénio gasoso, originando uma molécula de dióxido de carbono gasoso. O carbono e o dioxigénio reagem na proporção 1 : 1 e o dióxido de carbono também se forma nesta proporção. Assim, se reagirem 5 átomos de carbono reagem também 5 moléculas de dioxigénio e formam-se 5 moléculas de dióxido de carbono.

Moléculas

Na reação química do exemplo seguinte, verifica-se que a massa do sistema permanece constante.