Química Geral - Coleção Schaum - 9.ed.

Visualizações: 406
Classificação: (0)

Esta obra contém um resumo dos princípios químicos e a solução de problemas de natureza quantitativa correspondentes aos tópicos apresentados. Traz inúmeros problemas práticos, incluindo das áreas de química forense e ciência dos materiais, e adota uma abordagem simplificada nas revisões de conteúdo.

FORMATOS DISPONíVEIS

130 capítulos

Formato Comprar item avulso Adicionar à Pasta

Os sistemas de medida

PDF Criptografado

Capítulo 1

Quantidades e Unidades

INTRODUÇÃO

Uma das responsabilidades de todo cientista consiste em revelar descobertas. Nesse sentido, “revelar” significa que precisamos gerar materiais escritos ou falados que sejam compreendidos, muitas vezes com a apresentação de valores medidos em laboratório. A mensuração desses valores precisa ser efetuada e relatada de acordo com um procedimento padronizado; do contrário, a comunicação não será eficiente.

A química e a física mensuram tipos de quantidades, como comprimento, velocidade, volume, massa e energia. Cada medida é expressa por um número e uma unidade. O número nos diz quantas unidades estão contidas na quantidade medida. A unidade mostra a natureza específica da dimensão – a medição em metros é diferente da medição em litros. O leitor pode consultar os Apêndices A e B para se familiarizar com expoentes e a notação em potências de dez (Exemplos: 1 × 104, 3 × 10−9 ou 106) e as regras para algarismos significativos.

 

O Sistema Internacional de Unidades (SI)

PDF Criptografado

Capítulo 1

Quantidades e Unidades

INTRODUÇÃO

Uma das responsabilidades de todo cientista consiste em revelar descobertas. Nesse sentido, “revelar” significa que precisamos gerar materiais escritos ou falados que sejam compreendidos, muitas vezes com a apresentação de valores medidos em laboratório. A mensuração desses valores precisa ser efetuada e relatada de acordo com um procedimento padronizado; do contrário, a comunicação não será eficiente.

A química e a física mensuram tipos de quantidades, como comprimento, velocidade, volume, massa e energia. Cada medida é expressa por um número e uma unidade. O número nos diz quantas unidades estão contidas na quantidade medida. A unidade mostra a natureza específica da dimensão – a medição em metros é diferente da medição em litros. O leitor pode consultar os Apêndices A e B para se familiarizar com expoentes e a notação em potências de dez (Exemplos: 1 × 104, 3 × 10−9 ou 106) e as regras para algarismos significativos.

 

A temperatura

PDF Criptografado

2

QUÍMICA GERAL

Tabela 1-1 Múltiplos e submúltiplos para diversas unidades

Prefixo

deci centi mili micro nano pico femto ato

Abreviatura

d c m

μ n p f a

Submúltiplo

−1

10

10−2

10−3

10−6

10−9

10−12

10−15

10−18

Prefixo

Abreviatura

Múltiplo

deca hecto quilo mega giga tera peta exa

da h k

M

G

T

P

E

10

102

103

106

109

1012

1015

1018

desta unidade são obtidos acrescentando-se a abreviação à unidade grama, não quilograma. Por exemplo, 10−9 kg

é expresso em microgramas, (10−6 g), e abreviado μg.

As unidades simples podem ser combinadas para formar unidades compostas e passíveis de tratamento matemático.

Exemplo 1

No SI, a unidade para volume é o metro cúbico (m3), uma vez que

Volume = comprimento × comprimento × comprimento = m × m × m = m3

Exemplo 2

 

Outras escalas de temperatura

PDF Criptografado

3

CAPÍTULO 1 • QUANTIDADES E UNIDADES

Tabela 1-2 Algumas unidades SI e não SI

Grandeza física

Nome da unidade

Símbolo da unidade

Definição

Comprimento

Angstrom polegada metro (SI) metro quadrado (SI) metro cúbico (SI) litro centímetro cúbico unidade de massa atômica libra quilograma por metro cúbico (SI) grama por mililitro ou grama por centímetro cúbico

Newton (SI) pascal (SI) bar atmosfera torr (milímetros de mercúrio)

Å in m m2 m3

L cm3, mL u lb kg/m3 g/mL, ou g/cm3

N

Pa bar atm torr(mm Hg)

10−10m

2,54 × 10−10m

Área

Volume

Massa

Densidade

Força

Pressão

dm3, 10−3 m3

1,66054 × 10−27 kg

0,45359237 kg

kg · m/s2

N/m2

105 Pa

101.325 Pa atm/760 ou 133,32 Pa

lido (gelo), em um sistema cuja pressão é a pressão de vapor da própria água. A maioria das pessoas conhece a temperatura normal de congelamento da água (273,15 K), um pouco abaixo do ponto triplo da água (menor em

 

O uso e o mau uso das unidades

PDF Criptografado

4

QUÍMICA GERAL

substitua valores e resolva-a para a incógnita, em vez de passar tempo memorizando duas equações que em essência envolvem cálculos idênticos.

O USO E O MAU USO DAS UNIDADES

É muito comum vermos valores associados a medidas sem as respectivas unidades (por exemplo, cm, kg, g/mL, pés/s). Contudo, ao omitirmos unidades, teremos dificuldade para solucionar problemas. Manter as unidades em um problema e prestar a devida atenção a elas à medida que os cálculos evoluem ajuda a verificar se a resposta está apresentada do modo correto. Quando quantidades físicas são submetidas a operações matemáticas, as unidades são transportadas acompanhando os números e passam pelas mesmas operações que eles. Lembre-se de que quantidades não podem ser adicionadas ou subtraídas de modo direto, a menos que sejam da mesma ordem de dimensão e tenham as mesmas unidades. Além disso, as unidades se cancelam reciprocamente em operações de multiplicação e/ou divisão. As unidades da resposta precisam equivaler à natureza das dimensões (por exemplo, comprimento não pode ser expresso em gramas).

 

O método da análise dimensional

PDF Criptografado

4

QUÍMICA GERAL

substitua valores e resolva-a para a incógnita, em vez de passar tempo memorizando duas equações que em essência envolvem cálculos idênticos.

O USO E O MAU USO DAS UNIDADES

É muito comum vermos valores associados a medidas sem as respectivas unidades (por exemplo, cm, kg, g/mL, pés/s). Contudo, ao omitirmos unidades, teremos dificuldade para solucionar problemas. Manter as unidades em um problema e prestar a devida atenção a elas à medida que os cálculos evoluem ajuda a verificar se a resposta está apresentada do modo correto. Quando quantidades físicas são submetidas a operações matemáticas, as unidades são transportadas acompanhando os números e passam pelas mesmas operações que eles. Lembre-se de que quantidades não podem ser adicionadas ou subtraídas de modo direto, a menos que sejam da mesma ordem de dimensão e tenham as mesmas unidades. Além disso, as unidades se cancelam reciprocamente em operações de multiplicação e/ou divisão. As unidades da resposta precisam equivaler à natureza das dimensões (por exemplo, comprimento não pode ser expresso em gramas).

 

A estimativa de respostas numéricas

PDF Criptografado

CAPÍTULO 1 • QUANTIDADES E UNIDADES

5

A resolução contém um fator unitário de dimensões mistas (0,765 kg/1 grosa de pregos). O fator unitário não

é composto de medidas totalmente equivalentes, porque o peso de uma grosa de pregos varia em função do tipo de prego. Os próximos capítulos apresentam muitos exemplos semelhantes de cálculo com unidades.

A ESTIMATIVA DE RESPOSTAS NUMÉRICAS

Quando solucionamos problemas, pressupomos que a calculadora esteja funcionando do modo adequado, que os números tenham todos sido inseridos na calculadora e que os digitamos corretamente. Porém, consideremos agora que uma ou mais dessas suposições não seja válida. A resposta errada é aceitável? Uma das habilidades mais importantes de um cientista consiste em determinar, por exame visual, se uma resposta está certa ou não. Além disso, tem importância especial a ordem correta de magnitude, representada pela localização da vírgula decimal (ou da potência de 10). Há vezes em que a resposta apresenta os algarismos certos, mas a vírgula decimal está no lugar errado. Um pouco de dedicação para aprender a estimar respostas e alguns segundos gastos nessa finalidade durante a solução de problemas podem aumentar em muito a precisão de um cálculo e, com isso, suas notas escolares.

 

Os átomos

PDF Criptografado

Capítulo 2

Massa Atômica e Molecular;

Massa Molar

OS ÁTOMOS

John Dalton propôs sua teoria atômica em 1805. Dalton pensava que todos os átomos de um dado elemento químico fossem idênticos. Nas décadas que se sucederam, os químicos se lançaram à tarefa de encontrar as massas relativas dos átomos de diferentes elementos com base em uma análise química quantitativa detalhada. Mais de cem anos após a apresentação da hipótese de Dalton, experiências com substâncias radioativas revelaram que nem todos os átomos de um mesmo elemento eram idênticos. A tabela periódica dos elementos reconhece as diferentes massas de átomos com base na massa atômica média de cada elemento. Um elemento existe em diversas formas isotópicas, em que o número de nêutrons difere para cada isótopo. Contudo, todos os átomos de um mesmo elemento têm o mesmo número de prótons, conforme discutiremos a seguir.

OS NÚCLEOS

Todo átomo tem um núcleo, com carga positiva, que representa mais de 99% de sua massa total. São muitas as diferentes partículas encontradas no núcleo de um átomo, mas é possível descrevê-lo como sendo constituído por duas partículas apenas. Essas partículas são o próton e o nêutron, conhecidos pelo termo genérico núcleons. Os dois núcleons têm massas aproximadamente iguais (1 unidade de massa atômica, u, embora uma ou UMA sejam utilizados como notações informais), mas somente o próton tem carga elétrica e positiva. A magnitude da carga do próton é considerada a unidade fundamental de carga nos fenômenos atômicos e nucleares, pois até hoje não foi descoberta carga menor para qualquer partícula livre. A carga do próton recebe o valor +1 e é referência para todas as outras cargas. Uma vez que o nêutron não tem carga, a carga do núcleo de um átomo é resultado apenas da carga de seus prótons.

 

Os núcleos

PDF Criptografado

Capítulo 2

Massa Atômica e Molecular;

Massa Molar

OS ÁTOMOS

John Dalton propôs sua teoria atômica em 1805. Dalton pensava que todos os átomos de um dado elemento químico fossem idênticos. Nas décadas que se sucederam, os químicos se lançaram à tarefa de encontrar as massas relativas dos átomos de diferentes elementos com base em uma análise química quantitativa detalhada. Mais de cem anos após a apresentação da hipótese de Dalton, experiências com substâncias radioativas revelaram que nem todos os átomos de um mesmo elemento eram idênticos. A tabela periódica dos elementos reconhece as diferentes massas de átomos com base na massa atômica média de cada elemento. Um elemento existe em diversas formas isotópicas, em que o número de nêutrons difere para cada isótopo. Contudo, todos os átomos de um mesmo elemento têm o mesmo número de prótons, conforme discutiremos a seguir.

OS NÚCLEOS

Todo átomo tem um núcleo, com carga positiva, que representa mais de 99% de sua massa total. São muitas as diferentes partículas encontradas no núcleo de um átomo, mas é possível descrevê-lo como sendo constituído por duas partículas apenas. Essas partículas são o próton e o nêutron, conhecidos pelo termo genérico núcleons. Os dois núcleons têm massas aproximadamente iguais (1 unidade de massa atômica, u, embora uma ou UMA sejam utilizados como notações informais), mas somente o próton tem carga elétrica e positiva. A magnitude da carga do próton é considerada a unidade fundamental de carga nos fenômenos atômicos e nucleares, pois até hoje não foi descoberta carga menor para qualquer partícula livre. A carga do próton recebe o valor +1 e é referência para todas as outras cargas. Uma vez que o nêutron não tem carga, a carga do núcleo de um átomo é resultado apenas da carga de seus prótons.

 

Massas atômicas relativas

PDF Criptografado

Capítulo 2

Massa Atômica e Molecular;

Massa Molar

OS ÁTOMOS

John Dalton propôs sua teoria atômica em 1805. Dalton pensava que todos os átomos de um dado elemento químico fossem idênticos. Nas décadas que se sucederam, os químicos se lançaram à tarefa de encontrar as massas relativas dos átomos de diferentes elementos com base em uma análise química quantitativa detalhada. Mais de cem anos após a apresentação da hipótese de Dalton, experiências com substâncias radioativas revelaram que nem todos os átomos de um mesmo elemento eram idênticos. A tabela periódica dos elementos reconhece as diferentes massas de átomos com base na massa atômica média de cada elemento. Um elemento existe em diversas formas isotópicas, em que o número de nêutrons difere para cada isótopo. Contudo, todos os átomos de um mesmo elemento têm o mesmo número de prótons, conforme discutiremos a seguir.

OS NÚCLEOS

Todo átomo tem um núcleo, com carga positiva, que representa mais de 99% de sua massa total. São muitas as diferentes partículas encontradas no núcleo de um átomo, mas é possível descrevê-lo como sendo constituído por duas partículas apenas. Essas partículas são o próton e o nêutron, conhecidos pelo termo genérico núcleons. Os dois núcleons têm massas aproximadamente iguais (1 unidade de massa atômica, u, embora uma ou UMA sejam utilizados como notações informais), mas somente o próton tem carga elétrica e positiva. A magnitude da carga do próton é considerada a unidade fundamental de carga nos fenômenos atômicos e nucleares, pois até hoje não foi descoberta carga menor para qualquer partícula livre. A carga do próton recebe o valor +1 e é referência para todas as outras cargas. Uma vez que o nêutron não tem carga, a carga do núcleo de um átomo é resultado apenas da carga de seus prótons.

 

O mol

PDF Criptografado

CAPÍTULO 2 • MASSA ATÔMICA E MOLECULAR; MASSA MOLAR

17

portância de definir uma unidade especial, em que as massas de átomos sejam expressadas sem a necessidade de adotar expoentes. Essa unidade é chamada de unidade de massa atômica, representada pelo símbolo u na literatura. É definida exatamente como sendo 1/12 da massa de um átomo de 12C. O valor exato da massa de um átomo de 12C é 12 u. A massa do átomo de 23Na é 22,9898 u. A Tabela 2-1 mostra as massas de alguns nuclídeos citados ainda neste capítulo, entre outros.

Tabela 2-1 Algumas massas de nuclídeos

1

H

H

3

H

4

He

6

He

6

Li

7

Li

7

Be

2

1,00783

2,01410

3,01605

4,00260

6,01889

6,01512

7,01600

7,01693

12

C

C

14

C

16

C

14

N

15

N

16

N

16

O

13

12,00000

13,00335

14,00324

 

Símbolos, fórmulas, massas molares

PDF Criptografado

18

QUÍMICA GERAL

SÍMBOLOS, FÓRMULAS, MASSAS MOLARES

Todo elemento tem seu próprio símbolo exclusivo. Em uma fórmula química, o símbolo representa um átomo ou um elemento. As substâncias moleculares são compostas por dois ou mais átomos unidos por forças intensas. A fórmula de uma substância em particular consiste nos símbolos dos átomos encontrados nessa molécula. Por exemplo, a fórmula do dióxido de carbono é CO2. Observe o uso do caractere subscrito para indicar que cada molécula tem dois átomos de oxigênio, além do átomo de carbono. Subentende-se que a ausência de um número indica que a molécula apresenta apenas um átomo do elemento, isto é, não há um número “1” para indicar que esta molécula em particular tem um átomo de carbono. A massa molecular do CO2 corresponde à soma das massas atômicas do

átomo de carbono e dos dois átomos de oxigênio na molécula, e é expressa em u. Conforme apresentado anteriormente, a massa molar do CO2 é a massa em gramas equivalente à massa molecular em u. Um “mol de dióxido de carbono” é 12,0 u + 2(16,0 u) = 44 u. Esse resultado pode ser expresso como 44 g, indicando um número de Avogadro, NA, de moléculas de CO2. Lembre que NA é 6,0221 × 1023 coisas, ou, nesse caso, moléculas.

 

O cálculo de fórmulas com base na composição

PDF Criptografado

Capítulo 3

O Cálculo de Fórmulas e de Composições

O CÁLCULO DE FÓRMULAS COM BASE NA COMPOSIÇÃO

A fórmula empírica é a fórmula de um composto expressa na menor relação possível entre seus elementos que pode ser calculada (consulte o Capítulo 2). Muitas vezes uma substância precisa ser analisada para obter informações que levem a sua identificação. Diversos processos são usados na determinação da composição de uma amostra, e o peso é uma das maneiras mais eficientes de expressar esses dados. Pesos podem ser convertidos em mols e a expressão de uma fórmula é a etapa mais lógica a seguir. A fórmula empírica nem sempre é idêntica à fórmula molecular, mas contém informações importantes.

Considere um composto que tem 17,09% de magnésio, 37,93% de alumínio e 44,98% de oxigênio. (A menos que dito em contrário, porcentagens representam porcentagens em peso, isto é, o número de gramas do elemento por 100 g do composto.) A Tabela 3-1 apresenta um esquema para tratar os dados apresentados.

 

A composição com base na fórmula

PDF Criptografado

Capítulo 3

O Cálculo de Fórmulas e de Composições

O CÁLCULO DE FÓRMULAS COM BASE NA COMPOSIÇÃO

A fórmula empírica é a fórmula de um composto expressa na menor relação possível entre seus elementos que pode ser calculada (consulte o Capítulo 2). Muitas vezes uma substância precisa ser analisada para obter informações que levem a sua identificação. Diversos processos são usados na determinação da composição de uma amostra, e o peso é uma das maneiras mais eficientes de expressar esses dados. Pesos podem ser convertidos em mols e a expressão de uma fórmula é a etapa mais lógica a seguir. A fórmula empírica nem sempre é idêntica à fórmula molecular, mas contém informações importantes.

Considere um composto que tem 17,09% de magnésio, 37,93% de alumínio e 44,98% de oxigênio. (A menos que dito em contrário, porcentagens representam porcentagens em peso, isto é, o número de gramas do elemento por 100 g do composto.) A Tabela 3-1 apresenta um esquema para tratar os dados apresentados.

 

Os fatores não estequiométricos

PDF Criptografado

27

CAPÍTULO 3 • O CÁLCULO DE FÓRMULAS E DE COMPOSIÇÕES

Tabela 3-1

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Quantidade de E em mols de átomos,

Elemento E

Massa de E por quantidade fixa do composto (neste caso,

100 g), m(E)

Massa atômica de E,

Ar(E)

Mg

Al

O

17,09 g

37,93 g

44,98 g

24,31 g/mol

26,98 g/mol

16,00 g/mol

0,703 mol

1,406 mol

2,812 mol

1,00

2,00

4,00

Tabela 3-2

(1)

(2) n(E) por mol do composto

(3)

Ar(E)

(massa atômica do elemento)

(4)

(5)

m(E) por mol do composto = n(E) × Ar(E)

m(E) por g do composto

Há vezes em que é mais indicado expressar a composição de uma substância com relação a um elemento em particular que ela contém. Por exemplo, o teor de alumínio do vidro pode ser expresso em termos de Al2O3, mesmo não havendo óxido de alumínio na formulação do vidro. Portanto, uma amostra de vidro com 1,3% de Al2O3 contém alumínio em quantidade suficiente para que, se todo o alumínio, em uma amostra de 100 g de vidro, fosse convertido em Al2O3, a massa de Al2O3 seja 1,3 g. Em muitos casos, as notações de óxidos são resultado de erros na avaliação de estruturas químicas de substâncias complexas cometidos no passado. Independentemente da origem, o procedimento mais fácil consiste em converter dados apresentados nessa forma em uma composição direta dos elementos, ou vice-versa, utilizando um fator quantitativo como o mostrado na coluna (5) da Tabela 3-2. A razão do alumínio para o óxido de alumínio pode ser expressa como

 

Massas moleculares dos nuclídeos e as fórmulas químicas

PDF Criptografado

28

QUÍMICA GERAL

MASSAS MOLECULARES DOS NUCLÍDEOS E AS FÓRMULAS QUÍMICAS

A massa molecular de um composto é calculada com base na soma das massas atômicas dos elementos que o constituem. Essas massas são as massas atômicas médias, as massas ponderadas das diversas formas isotópicas dos elementos presentes. A massa molecular de um nuclídeo pode ser definida para uma molécula com base na soma das massas atômicas dos nuclídeos específicos que a constituem, a exemplo da massa molecular comum, calculada utilizando massas atômicas.

O espectrômetro de massa é um equipamento capaz de separar partículas de diferentes composições isotópicas e estabelecer suas massas individuais relativas. O aparelho também separa os átomos de um composto, gerando fragmentos que podem ser detectados com base em suas massas. A distinção entre os diversos fragmentos e o nível de precisão na obtenção dessas massas gera informação a partir da qual a fórmula molecular exata pode ser deduzida, sem recorrer a uma análise de composição química quantitativa.

 

Introdução

PDF Criptografado

Capítulo 4

Cálculos com Base em

Equações Químicas

INTRODUÇÃO

Uma das principais habilidades de um químico é a de escrever e balancear equações. Na química, a equação balanceada é tão importante que o estudo da disciplina não seria possível sem essa aptidão. A capacidade de balancear uma equação é muito mais fácil de desenvolver, em comparação com as aptidões necessárias para equilibrar o orçamento familiar. Porém, o esforço é o mesmo. Não se pode criar dinheiro, nem ignorá-lo, nos cálculos de despesas do lar. Na química, isso se verifica na lei da conservação da matéria: não é possível criar nem destruir matéria utilizando métodos químicos comuns. Do mesmo modo como um banqueiro precisa acompanhar a movimentação financeira sem perda ou ganho de dinheiro, o químico precisa explicar toda matéria presente em um sistema originalmente, os reagentes, e o destino dessa matéria, os produtos, sem ganho ou perda de matéria. As ações do químico produzem uma equação balanceada, coeficientes especificando o número de moléculas (ou fórmula unitária) de todas as espécies envolvidas. O coeficiente é o número que precede a fórmula de um participante em uma reação química e nos informa sobre a quantidade de substância presente. A equação balanceada é uma expressão da massa total de reagentes igual à massa total dos produtos.

 

As relações moleculares com base em equações

PDF Criptografado

Capítulo 4

Cálculos com Base em

Equações Químicas

INTRODUÇÃO

Uma das principais habilidades de um químico é a de escrever e balancear equações. Na química, a equação balanceada é tão importante que o estudo da disciplina não seria possível sem essa aptidão. A capacidade de balancear uma equação é muito mais fácil de desenvolver, em comparação com as aptidões necessárias para equilibrar o orçamento familiar. Porém, o esforço é o mesmo. Não se pode criar dinheiro, nem ignorá-lo, nos cálculos de despesas do lar. Na química, isso se verifica na lei da conservação da matéria: não é possível criar nem destruir matéria utilizando métodos químicos comuns. Do mesmo modo como um banqueiro precisa acompanhar a movimentação financeira sem perda ou ganho de dinheiro, o químico precisa explicar toda matéria presente em um sistema originalmente, os reagentes, e o destino dessa matéria, os produtos, sem ganho ou perda de matéria. As ações do químico produzem uma equação balanceada, coeficientes especificando o número de moléculas (ou fórmula unitária) de todas as espécies envolvidas. O coeficiente é o número que precede a fórmula de um participante em uma reação química e nos informa sobre a quantidade de substância presente. A equação balanceada é uma expressão da massa total de reagentes igual à massa total dos produtos.

 

Carregar mais


Detalhes do Produto

Livro Impresso
Book
Capítulos

Formato
PDF
Criptografado
Sim
SKU
BPP0000266373
ISBN
9788565837316
Tamanho do arquivo
19 MB
Impressão
Desabilitada
Cópia
Desabilitada
Vocalização de texto
Não
Formato
PDF
Criptografado
Sim
Impressão
Desabilitada
Cópia
Desabilitada
Vocalização de texto
Não
SKU
Em metadados
ISBN
Em metadados
Tamanho do arquivo
Em metadados