Química - a natureza molecular da matéria - volume 1

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Química: a Natureza Molecular da Matéria oferece os meios necessários para a aprendizagem e o ensino do conteúdo de um curso de Química Geral, a partir de conceitos que permitem a construção de modelos teóricos. Para ressaltar o papel central que a Química desempenha entre as ciências, a obra ressalta a observação das propriedades moleculares da natureza mediante a relação entre o nível submicroscópico e o macroscópico. O livro tem como objetivo o domínio eficaz do conceito defenômenos químicos e apresenta ao estudante maneiras eficientes para a resolução de problemas complexos, de forma analítica, desmembrando-os em etapas integrantes a um plano estabelecido de forma concisa, clara e didática.Química: a Natureza Molecular da Matéria destaca-se por sua aplicabilidade na indústria, na Medicina e no meio ambiente, em constantes mudanças decorrentes dos profundos efeitos da ação do homem.Traz, ainda, como destaque, o acesso GRATUITO a um conjunto de

videoaulas exclusivas, com tópicos essenciais dessa disciplina. Para livro impresso, basta acessar www.grupogen.com.br, realizar o

cadastro e inserir o código de acesso (PIN) — fornecido na orelha

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0 - Uma Breve História da Química

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Uma Breve História da Química

0

Tópicos do Capítulo

0.1 | Conceitos Importantes de Química

0.2 | As Supernovas e os Elementos

0.3 | Os Elementos e a Terra

0.4 | Teoria Atômica de Dalton

0.5 | Estrutura Interna do Átomo

NASA/CXC/SAO/P. Slane et al.

1

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Capítulo 00

22   Capítulo

Contexto

Deste

Capítulo

N

este capítulo introdutório tentamos responder a grandes questões: “De onde viemos?” e “Para onde estamos indo?” Ao sugerir de onde viemos, aproveitamos as atuais teorias da cosmologia a respeito do início do universo e da síntese sequencial dos elementos. Para a questão de para onde estamos indo, este capítulo sugere alguns dos “Conceitos Importantes” que a ciência da química utiliza para nos fascinar em direção ao futuro.

Esses objetivos ainda configuram o modo como os cientistas exercem seu ofício. Todas as informações constantes deste texto são resultado de uma pergunta feita por um cientista e, então, o encontro da resposta através da observação e da pesquisa científica. A mesma pessoa que faz a pergunta pode não encontrar a resposta, e o tempo entre fazer e responder uma pergunta pode ser de minutos ou de milhares de anos. Ao final, temos uma explicação de como os químicos descrevem o mundo físico que nos cerca.

 

1 - Medidas Científicas

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1

Medidas

Científicas

Tópicos do Capítulo

1.1 | Leis e Teorias: o Método Científico

1.2 | A Matéria e Sua Classificação

1.3 | Propriedades Físicas e

Químicas

1.4 | Medidas de Propriedades

Físicas e Químicas

1.5 | A Incerteza das Medidas

1.6 | Análise Dimensional

1.7 | Massa Específica e Densidade

4OM�:AGWODZKI�'ODDARD�3PACE�&LIGHT�#ENTER

24

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Medidas Científicas  25

Ndemos a natureza de nossos átomos e moléculas em escala microscópica, seremos capazes

o capítulo anterior vimos que a química é uma ciência atômica e molecular. Se compreen-

de entender as propriedades dos produtos químicos em uma escala macroscópica. Essa compreensão é obtida fazendo observações precisas e medidas numéricas. Por exemplo, na figura que abre este capítulo, um feixe de laser é disparado para a Lua a fim de medir a distância entre a Terra e a Lua no Lunar Laser Ranging Experiment. Ao medir o tempo que a luz leva para retornar à Terra, a distância pode ser determinada com exatidão. A fim de estudar a química, os cientistas fazem e registram sistematicamente medidas, que lhes permitem explicar o mundo microscópico.

 

2 - Elementos, Compostos e a Tabela Periódica

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2

Elementos, Compostos e a Tabela Periódica

Tópicos do Capítulo

2.1 | A Tabela Periódica

2.2 | Metais, Não Metais e Metaloides

2.3 | Moléculas e Fórmulas Químicas

2.4 | Reações Químicas e Equações

Químicas

2.7 | Compostos Moleculares

© skegbydave/iStockphoto

2.8 | Nomenclatura de Compostos

Moleculares

© SKrow/iStockphoto

2.6 | Nomenclatura de Compostos

Iônicos

© SKrow/iStockphoto

2.5 | Compostos Iônicos

64

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Elementos, Compostos e a Tabela Periódica  65

N

este capítulo abordaremos um dos ícones mais significativos de toda a ciência, a tabela periódica. Empregando duas observações simples, as massas relativas dos elementos e as reações em que participam, muito do conhecimento acerca dos elementos foi organizado em linhas e colunas lógicas. A figura que abre este capítulo apresenta vários smartphones, cada um deles mostrando um tipo de lista que você gostaria de guardar. Um programa organiza os aplicativos na ordem que você estabelece, de modo que eles possam ser acionados rapidamente.

 

3 - Mol e Estequiometria

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Mol e

Estequiometria

3

Tópicos do Capítulo

3.1 | O Mol e o Número de Avogadro

3.2 | Mol, Massa Fórmula e

Estequiometria

3.3 | Fórmula Química e Composição

Percentual

3.4 | Determinação de Fórmulas

Empíricas e Moleculares

3.5 | Estequiometria e Equações

Químicas

3.6 | Reagentes Limitantes

3.7 | Rendimento Teórico e

Rendimento Percentual

© Envision/Corbis Images

© Envision/Corbis

Images

109

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110   Capítulo

Capítulo 33

110

Contexto

Deste

Capítulo

N

este capítulo vamos aprender os fundamentos dos cálculos químicos, chamados estequiometria, cuja tradução livre seria “a medida dos elementos”. Esses cálculos são essenciais para o sucesso do trabalho de laboratório de química. Você também verá que este capítulo é importante para cursos futuros de química orgânica, bioquímica e quase qualquer outro curso experimental mais avançado em ciências.

 

4 - Visão Molecular de Reações em Soluções Aquosas

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Visão Molecular de

Reações em Soluções

Aquosas

4

Tópicos do Capítulo

4.1 | Descrição das Soluções

4.2 | Eletrólitos e Não Eletrólitos

4.3 | Equações para Reações

Iônicas

4.4 | Introdução aos Ácidos e

Bases

4.5 | Nomenclatura Ácido-Base

4.6 | Reações de Dupla Troca

(Metátese)

4.7 | Molaridade

4.8 | Estequiometria de Soluções

© Cristian Baitg/iStockphoto

4.9 | Titulações e Análise Química

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155

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156   Capítulo

Capítulo 44

156

Contexto

Deste

Capítulo

A

água é uma substância incrível. Constituída de apenas três átomos, é um dos compostos mais comuns da Terra, e sua capacidade de dissolver tantas espécies diferentes de materiais, como o oxigênio para a respiração dos peixes ou os sais que permitem que a água do mar possa sustentar a vida marinha, a torna responsável pela evolução da vida assim como a conhecemos.

 

5 - Reações de Oxidação-Redução

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Reações de

Oxidação-Redução

5

Tópicos do Capítulo

5.1 | Reações de Oxidação-Redução

5.2 | Balanceamento de Equações Redox

5.3 | Ácidos como Agentes Oxidantes

5.4 | Reações Redox de Metais

5.5 | Oxigênio Molecular como

Agente Oxidante

James A Isbell/Shutterstock

5.6 | Estequiometria das Reações Redox

211

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23/03/2017 11:32:46

212   Capítulo

Capítulo 55

212

Contexto

Deste

Capítulo

E

ssa pegada, provavelmente deixada próxima a uma cena de crime, brilha intensamente devido à reação de traços de sangue com uma solução de luminol. O brilho azul é um processo quimiluminescente (uma reação química emissora de luz) que é realçado pelo ferro na hemoglobina. Os programas populares de TV focados em investigações de cenas de crime tornaram essa visão um conhecimento comum. Veremos como essa reação efetivamente funciona, uma vez que ela é uma das muitas reações de oxidação-redução estudadas neste capítulo. Você já aprendeu no Capítulo 4 a respeito de algumas reações importantes que ocorrem em soluções aquosas. Este capítulo expande esse conhecimento por meio de uma discussão de uma classe de reações que envolvem a transferência de um ou mais elétrons de um reagente para outro. Na reação do luminol, de modo geral, o oxigênio reage com o luminol em uma reação de oxidação-redução que produz luz e que envolve muita energia. Em sistemas biológicos, reações de oxidação-redução estão envolvidas no metabolismo de alimentos e em muitas outras reações que são necessárias à vida. Além das reações bioquímicas, existem muitas outras reações de oxidação-redução que encontramos diariamente. Essas reações incluem muitos exemplos práticos que vão desde a combustão de combustíveis até o cozimento de alimentos e desde o funcionamento de cortadores de grama até o lançamento dos ônibus espaciais. As reações de oxidação-redução são encontradas em baterias, células solares, desinfetantes, produtos de limpeza e na purificação de água. Embora algumas dessas reações sejam apresentadas a você neste capítulo, esperaremos até o Capítulo 19 para discutir algumas outras.

 

6 - Energia e Transformação Química

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2ª PROVA

Autor: Jespersen

Edição:

Revisor:

Verificação

Cap.: 6

Págs.: 49

Operador: K2 design

Data: 30/01/2017

Energia e Transformação

Química

6

Tópicos do Capítulo

6.1 | Energia: a Capacidade de Realizar

Trabalho

6.2 | Calor, Temperatura e Energia

Interna

6.3 | Determinação do Calor

6.4 | Energia das Reações Químicas

6.5 | Calor, Trabalho e a Primeira Lei da

Termodinâmica

6.6 | Calores de Reação

6.7 | Equações Termoquímicas

6.8 | Lei de Hess

© Chris Hepburn/iStockphoto

6.9 | Calores-padrão de Reação

Um lanche no meio da tarde com biscoitos com gotas de chocolate e um copo de leite fornece a um estudante energia para continuar seus estudos. A quantidade de energia contida no lanche pode ser calculada e relacionada com as ligações que são quebradas e formadas na digestão do alimento.

250

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7 - O Átomo Segundo a Mecânica Quântica

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O Átomo Segundo a

Mecânica Quântica

7

Tópicos do Capítulo

7.1 | Radiação Eletromagnética

7.2 | Espectros de Linha e a

Equação de Rydberg

7.3 | A Teoria de Bohr

7.4 | O Modelo da Mecânica

Quântica

7.5 | Números Quânticos de

Elétrons em Átomos

7.6 | Spin do Elétron

7.7 | Níveis de Energia e

Configurações Eletrônicas do

Estado Fundamental

7.8 | Tabela Periódica e

Configurações Eletrônicas do

Estado Fundamental

7.9 | Orbitais Atômicos: Formas e

Orientações

Fagulhas espalham-se quando o metal é cortado por um laser de dióxido de carbono. A luz liberada por essas fagulhas é uma forma de energia que é liberada quando os elétrons liberam seu excesso de energia. Neste capítulo, vamos iniciar nossa discussão dos elétrons e do papel que eles desempenham nos

átomos e nas moléculas.

© Radius Images/Corbis

7.10 | Tabela Periódica e

Propriedades dos Elementos

 

8 - Princípios Básicos da Ligação Química

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Princípios Básicos da

Ligação Química

8

Tópicos do Capítulo

8.1 | Exigências de Energia para a Formação de

Ligação

8.2 | Ligação Iônica

8.3 | A Regra do Octeto e Configurações

Eletrônicas dos Íons

8.4 | Símbolos de Lewis: Mantendo Controle dos Elétrons de Valência

8.5 | Ligações Covalentes

8.6 | Polaridade de Ligação e Eletronegatividade

8.7 | Estruturas de Lewis

8.8 | Estruturas de Ressonância

O Empire State Building, um ícone arquitetônico de Nova

York, é uma estrutura em aço com um revestimento externo de pedra. Assim como a estrutura de aço mantém o prédio de 102 andares em pé, também as ligações químicas mantêm unidas as moléculas que vamos estudar neste capítulo.

© Jim Zuckerman/Corbis

8.9 | Compostos Covalentes de Carbono

352

Jespersen - Capítulo 8.indd 352

24/03/2017 17:12:59

Princípios Básicos da Ligação Química  353

N

Contexto

Deste

 

9 - Teorias da Ligação e Estrutura

PDF Criptografado

Teorias da Ligação e Estrutura

9

Tópicos do Capítulo

9.1 | Cinco Geometrias Moleculares Básicas

9.2 | Formas Moleculares e o Modelo

RPECV

9.3 | Estrutura Molecular e Momentos de

Dipolo

9.4 | Teoria da Ligação de Valência

9.5 | Orbitais Híbridos e Geometria

Molecular

9.6 | Orbitais Híbridos e Ligações

Múltiplas

9.7 | Conceitos Fundamentais da

Teoria do Orbital Molecular

9.8 | Orbitais Moleculares

Deslocalizados

9.9 | Ligações em Sólidos

9.10 | Ligações dos Alótropos dos

Elementos

A abelha é atraída pela flor por seu perfume. A abelha recolhe o néctar e o pólen, que é transferido de uma flor para outra. Cada flor diferente tem um perfume diferente, e é a estrutura das moléculas o que determina o perfume.

Neste capítulo, vamos examinar a estrutura das moléculas e como a ligação determina a estrutura.

© Kesipun/Shutterstock

403

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10 - Propriedades dos Gases

PDF Criptografado

10

Propriedades dos Gases

Tópicos do Capítulo

10.1 | Uma Visão dos Gases em Nível Molecular

10.2 | Medidas de Pressão

10.3 | Leis dos Gases

10.4 | Estequiometria Usando Volumes dos Gases

10.5 | Lei do Gás Ideal

10.6 | Lei de Dalton das Pressões

Parciais

10.7 | Teoria Cinética Molecular dos Gases

10.8 | Gases Reais

O planeta Saturno é um dos gigantes gasosos de nosso sistema solar. Ele é classificado como um gigante gasoso porque sua parte externa é constituída de gases. Por outro lado, a atmosfera da Terra circunda o planeta com uma fina camada de gases que é mantida próxima à superfície por forças gravitacionais. Nossa atmosfera é a única fonte de oxigênio que nós, e os demais animais, respiramos, e é o “depósito” do dióxido de carbono e do vapor d’água que exalamos. O dióxido de carbono em nossa atmosfera é necessário às plantas que obtêm sua energia a partir da fotossíntese. Entretanto, independente de onde encontremos gases, o comportamento de todos eles é notavelmente parecido.

 

11 - Atrações Intermoleculares e as Propriedades dos Líquidos e Sólidos

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Atrações

Intermoleculares e as Propriedades dos

Líquidos e Sólidos

11

Tópicos do Capítulo

11.1 | Forças Intermoleculares

11.2 | Forças Intermoleculares e Propriedades

Físicas

11.3 | Mudanças de Estado e Equilíbrios

Dinâmicos

11.4 | Pressão de Vapor de Líquidos e Sólidos

11.5 | Ponto de Ebulição dos Líquidos

11.6 | Energia e Mudanças de Estado

11.7 | Diagramas de Fase

11.8 | O Princípio de Le Châtelier e as Mudanças de Estado

11.9 | Determinação dos Calores de Vaporização

11.10 | Estruturas de Sólidos

Cristalinos

11.11 | Determinação da Estrutura dos Sólidos

11.12 | Tipos de Cristal e Propriedades

Físicas

A Torre do Diabo, no estado de Wyoming, Estados Unidos, eleva-se de forma marcante a 1267 pés (~386 metros) acima do solo a sua volta. Considera-se que a rocha tenha sido formada a partir do lento resfriamento de lava na crosta terrestre. Esse resfriamento lento permitiu o desenvolvimento de colunas cristalinas. Embora a maioria das transições de fase líquido–sólido não produza monumentos nacionais, elas são importantes para nosso estudo das propriedades físicas das substâncias, que é o que será descrito neste capítulo.

 

12 - Misturas em Nível Molecular: Propriedades das Soluções

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12

Misturas em

Nível Molecular:

Propriedades das Soluções

Tópicos do Capítulo

12.1 | Forças Intermoleculares e a

Formação de Soluções

12.2 | Calores de Solução

12.3 | A Solubilidade como Função da Temperatura

12.4 | Lei de Henry

12.5 | Unidades de Concentração

12.6 | Propriedades Coligativas

12.7 | Misturas Heterogêneas

O valor das pedras preciosas repousa em sua beleza e raridade. Entretanto, na qualidade de químicos, podemos considerá-las como soluções: soluções sólidas cujo soluto é o responsável pelas suas colorações. O cromo no óxido de alumínio para os rubis, o cromo no aluminossilicato de berilo para as esmeraldas, o ferro e o titânio no óxido de alumínio para o nas safiras, e o cobre no fosfoaluminato de cobre para as turquesas – esses metais estão dissolvidos nos sólidos.

Lawrence Lawry/Photo Researchers

575

Jespersen - Capítulo 12.indd 575

28/03/2017 12:43:01

576 Capítulo

 

Apêndices

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APÊNDICE

Revisão de Matemática

A

Este apêndice fornece uma breve revisão dos tópicos de matemática que você vai usar na resolução dos problemas de química deste livro. Quando você tiver dificuldade em acompanhar a matemática utilizada nos exemplos resolvidos, quando tiver dúvidas sobre como proceder com a matemática utilizada em um exercício ou um problema, ou quando as respostas que obtiver não forem iguais àquelas no Apêndice B, consulte os tópicos discutidos.

A.1 | Exponencial e Notação Científica

Números muito grandes e muito pequenos podem ser expressos como potências de 10 em que um número entre 1 e 10 é multiplicado por 10 elevado a uma potência (por exemplo, 3,2 H

105 ou 1,66 H 10–6). Essa forma de escrever números é chamada de notação exponencial, notação científica-padrão ou notação científica. Alguns exemplos são dados na Tabela A.1

TABELA A.1

Número

Forma 

Exponencial

O Signifi cado dos Expoentes Positivos e Negativos

 

Glossário

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Glossário

Este glossário tem as definições dos termos mais importantes que foram destacados em negrito ao longo dos capítulos. Os números entre parênteses que se seguem às definições são os números das seções em que os respectivos termos foram discutidos mais extensivamente.

A

α-Aminoácido: Um dos cerca de 20 monômeros encontrados naturalmente em polipeptídeos. (22.6)

Abaixamento do Ponto de Congelamento:

Uma propriedade coligativa de uma solução líquida pela qual o ponto de congelamento da solução é menor do que o do solvente puro. (12.6)

Absorção: O processo em que uma substância penetra e entra na estrutura de outra substância, normalmente um líquido ou gás em um sólido. (13.9)

Abundância Relativa: Uma fração que representa a massa ou o número de

átomos de um isótopo em comparação com a massa ou o número total. (0.5)

Ácido: Definição de Arrhenius: Uma substância que produz íons hidrônio (íons hidrogênio) em água. (4.4) Definição de

 

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