1. Explicação e representação de reações químicas

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Físico-Química 8ºAno

Explicação e representação de reações químicas

Reações químicas e equações químicas

Explicação e representação de reações químicas

Iões e compostos iónicos

Moléculas e fórmulas químicas

Átomos, elementos e símbolos químicos

Constituição da matéria

Constituição da matéria

Explicação e representação de reações químicas

Os corpúsculos e os estados físicos da matéria

Corpúsculos

Pressão de um gás

Em síntese

Diagrama de conceitos

Pressão, temperatura e volume de um gás

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

Corpúsculos

constituição da matéria

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.

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

Info

Corpúsculos como constituintes da matéria

constituição 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.

Corpúsculos como constituintes da matéria

constituição da matéria

Propriedades macroscópicas dos estados físicos

constituição da matéria

Propriedades microscópicas dos estados físicos

constituição da matéria

Info

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).

Pressão de um gás

constituição da matéria

Mantendo a temperatura e o número de partículas constantes:

Pressão e volume, com temperatura constante

Pressão, temperatura e volume de um gás

constituição da matéria

Mantendo a volume e o número de partículas constantes:

Pressão e temperatura, com volume constante

Pressão, temperatura e volume de um gás

constituição da matéria

Mantendo a pressão e o número de partículas constantes:

Volume e temperatura, com pressão constante

Pressão, temperatura e volume de um gás

constituição da matéria

Temperatura

Pressão

Volume

definido por

Gasoso

Líquido

Sólido

que pode ser

Estado Físico

cuja liberdade de movimentos pode definir o

Átomos

Moléculas

Iões

que podem ser

é constituída por

Corpúsculos

Matéria

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

Em Síntese

constituição da matéria

• 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.

Em Síntese

constituição da matéria

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

Átomos, elementos e símbolos químicos

Explicação e representação de reações químicas

Constituição do átomo

Modelos atómicos

Elementos químicos

Diagrama de conceitos

Em síntese

Representação dos átomos

Símbolos químicos

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

Modelos atómicos

Átomos, elementos e símbolos químicos

Constituição do átomo

Átomos, elementos e símbolos 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.

Elementos químicos

Átomos, elementos e símbolos químicos

Os elementos químicos são representados por símbolos químicos.

Símbolos químicos

Átomos, elementos e símbolos químicos

Representação dos átomos

Átomos, elementos e símbolos químicos

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

• 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.

Em síntese

Átomos, elementos e símbolos químicos

Moléculas e fórmulas químicas

Explicação e representação de reações químicas

Fórmulas químicas

Moléculas

Composição das moléculas

Diagrama de conceitos

Em síntese

Mistura de substâncias

Substâncias moleculares

Moléculas

moléculas e fórmulas químicas

Uma molécula é representada por fórmulas químicas.

Fórmulas químicas

moléculas e fórmulas químicas

Representação simbólica de 7 moléculas de água

Fórmulas químicas

moléculas e fórmulas químicas

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

Composição das moléculas

moléculas e fórmulas químicas

Composição das moléculas

moléculas e fórmulas químicas

As substância moleculares são formadas por moléculas.

Substâncias moleculares

moléculas e fórmulas químicas

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.

Misturas de substâncias

moléculas e fórmulas químicas

• 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.

Em síntese

moléculas e fórmulas químicas

Iões e compostos iónicos

Explicação e representação de reações químicas

Iões negativos

Iões

Iões positivos

Composição dos compostos iónicos

Diagrama de conceitos

Síntese

Compostos iónicos

Força elétrica

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

Iões e compostos iónicos

Quando um átomo ganha 1 eletrão...

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

Iões negativos

Iões e compostos iónicos

Quando um átomo ganha 2 eletrões...

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

Iões negativos

Iões e compostos iónicos

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

Iões negativos

Iões e compostos iónicos

Quando um átomo perde 1 eletrão...

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

Iões positivos

Iões e compostos iónicos

Quando um átomo perde 2 eletrão...

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

Iões positivos

Iões e compostos iónicos

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

Iões positivos

Iões e compostos iónicos

A força elétrica é uma das interações fundamentais da Natureza.

Força elétrica

Iões e compostos iónicos

Exemplos

Os sais são exemplos de substâncias iónicas.

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.

Compostos iónicos

Iões e compostos iónicos

Compostos iónicos

Iões e 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.

Composição dos compostos iónicos

Iões e compostos iónicos

Anião

Catião

• 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.

Em síntese

Iões e compostos iónicos

Reações químicas e equações químicas

Explicação e representação de reações químicas

Reação química, ao nível corpuscular

O que são reações químicas

Lei de Lavoisier

Diagrama de conceitos

Síntese

Equações químicas

Evidências de reações químicas

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

O que são reações químicas

Reações químicas e equações 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).

O que são reações químicas

Reações químicas e equações químicas

O que são reações químicas

Reações químicas e equações químicas

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

O que são reações químicas

Reações químicas e equações 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

Exemplos

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.

Reação química, ao nível corpuscular

Reações químicas e equações químicas

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.

1ºExemplo: Reação do carbono com o dioxigénio

Reação química, ao nível corpuscular

Reações químicas e equações químicas

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

2ºExemplo: Eletrólise da água

Reação química, ao nível corpuscular

Reações químicas e equações químicas

Lei de Lavoisier ou lei da conservação da massa

Reações químicas e equações químicas

Exemplo

Representação gráfica da 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.

Variação da massa numa reação química

Lei de Lavoisier ou lei da conservação da massa

Reações químicas e equações químicas

Conservação do número de átomos

Lei de Lavoisier ou lei da conservação da massa

Reações químicas e equações químicas

Exemplos

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?

Equações químicas

Reações químicas e equações químicas

Leitura da equação química

Acerto da equação química

Equações químicas

Reações químicas e equações químicas

1ºExemplo: Reação do carbono com o dioxigénio

Leitura da equação química

Acerto da equação química

Equações químicas

Reações químicas e equações químicas

2ºExemplo: Reação de eletrólise da água

Equações químicas

Reações químicas e equações químicas

Leitura da equação química

Acerto da equação química

2ºExemplo: Reação de eletrólise da água

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.

• 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.

Em síntese

Reações químicas e equações químicas

• 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.

Em síntese

Reações químicas e equações químicas

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.

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.

Estado Gasoso

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.

• 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:

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

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.

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

Rótulos das embalagens

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.

• 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:

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

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.

Estado Líquido

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.