Química: ciência experimental

Ameaça das baterias de celular

2012-01-03T15:04:00.000-08:00

A modernidade trouxe um aumento nos riscos, a cada dia os aparelhos eletrodomésticos ou eletroeletrônicos e seus componentes, inclusive pilhas, baterias, se fazem mais presentes em nossas vidas e juntamente com esses produtos magnetizados estão os metais pesados: mercúrio, chumbo, cádmio, manganês e níquel, que fazem parte da composição de muitos aparelhos modernos.

As baterias recarregáveis representam hoje cerca de 8% do mercado europeu de pilhas e baterias. Dentre elas pode-se destacar a de níquel-cádmio (Ni-Cd) devido à sua grande representatividade: as baterias de celular são de Ni-Cd.

Composição Química das baterias de níquel-cádmio: elas têm um eletrodo (cátodo) de Cd, que se transforma em Cd(OH)2, e outro (ânodo) de NiO(OH), que se transforma em Ni(OH)2. O eletrólito é uma mistura de KOH e Li(OH)2.

As baterias de telefones celulares não devem ir para o lixo comum, pois quando depositadas em lixões, suas substâncias tóxicas contaminam os lençóis d’água subterrâneos.

O volume global de baterias recarregáveis vem crescendo 15% ao ano. Em geral, os brasileiros trocam de celular a cada 18 meses, embalados pelas novidades de dispositivos sofisticados e pelo incentivo das operadoras, que chegam até a oferecer aparelhos gratuitamente.

O perigo está quando as baterias se estragam e não podem mais ser recarregadas ou reutilizadas, e são então descartadas, não tendo mais função para o consumidor comum. As empresas de telefonia recomendam que o descarte seja feito nas próprias lojas de celulares, que funcionam como pontos de coleta de baterias, esse material é destinado às empresas que promovem a reutilização ou reciclagem.

Por Líria Alves
Graduada em Química
Equipe Brasil Escola

Materiais de Laboratório de Química

2011-12-22T09:23:00.001-08:00

2011-12-22T09:19:00.001-08:00

Separação de Misturas

2011-12-21T15:49:00.000-08:00

I - ANÁLISE IMEDIATA

Na natureza, raramente encontramos substâncias puras. Em função disso, é necessário utilizarmos métodos de separação se quisermos obter uma determinada substância.

Para a separação dos componentes de uma mistura,. Ou seja, para a obtenção separada de cada uma das suas substâncias puras que deram origem à mistura, utilizamos um conjunto de processos físicos denominados análise imediata. Esses processos não alteram a composição das substâncias que formam uma dada mistura.

A escolha dos melhores métodos para a separação de misturas exige um conhecimento anterior de algumas das propriedades das substâncias presentes. Assim, se tivermos uma mistura de açúcar e areia, devemos saber que o açúcar se dissolve na água, enquanto a areia não se dissolve.

Muitas vezes, dependendo da complexidade da mistura, é necessário usar vários processos diferentes, numa seqüência que se baseia nas propriedades das substâncias presentes na mistura.

Alguns dos métodos de separação são tão comuns que nem pensamos neles como processos de separação, por exemplo, a "escolha" dos grãos de feijão (catação) e a separação de amendoim torrado das suas cascas (ventilação), ou ainda as máquinas existentes em bancos, as quais separam as moedas em função de seus tamanhos (tamisação). Esse processo é também usado para separar laranjas em diferentes tamanhos ou quando usamos uma peneira.

Vamos estudar agora, alguns desses principais processos de separação.

01. SEPARAÇÃO DOS COMPONENTES DE MISTURAS HETEROGÊNEAS

I - SÓLIDO - SÓLIDO

a) Catação: usando a mão ou uma pinça, separam-se os componentes sólidos.

b) Ventilação: o sólido menos denso é separado por uma corrente de ar.

c) Levigação: o sólido menos denso é separado por uma corrente de água. A levigação é usada, por exemplo, para separar areia e ouro: a areia é menos densa e por isso, é arrastada pela água corrente; o ouro, por ser mais denso, permanece no fundo da bateia.

d) Separação magnética: um dos sólidos é atraído por um ímã. Esse processo é utilizado em larga escala para separar alguns minérios de ferro de suas impurezas.

e) Cristalização fracionada: todos os componentes da mistura são dissolvidos em um líquido que, em seguida, sofre evaporação provocando a cristalização separada de cada componente. A cristalização fracionada é usada, por exemplo, nas salinas para a obtenção de sais a partir da água do mar. A evaporação da água permite a cristalização de diferentes sais, sendo que o último a ser obtido é o cloreto de sódio (NaCl), usado na alimentação.

f) Dissolução fracionada: um dos componentes sólidos da mistura é dissolvido em um líquido. Por exemplo, a mistura sal + areia. Colocando-se a mistura em um recipiente com água, o sal irá se dissolver e a areia se depositar no fundo do recipiente, podendo agora ser separados pelos seguintes processos: a filtração separa a areia (fase sólida) da água salgada (fase líquida) e com a evaporação da água obteremos o sal.

g) Peneiração: usada para separar sólidos constituintes de partículas de dimensões diferentes. São usadas peneiras que tenham malhas diferentes. Industrialmente, usam-se conjuntos de peneiras superpostas que separam as diferentes granulações.

h) Fusão fracionada: Serve para separar sólidos, tomando por base seus diferentes pontos de fusão. Baseia-se, portanto, num aquecimento da mistura com controle da temperatura.

i) Sublimação: é usada quando um dos sólidos, por aquecimento, se sublima (passa para vapor), e o outro permanece sólido. Exemplo: sal e iodo ou areia e iodo (o iodo se sublima por aquecimento).

Obs.: As principais substâncias que podem ser separadas por sublimação são: o iodo, o enxofre e a naftalina (naftaleno).

Substância Pura e Mistura

2011-12-21T14:54:00.000-08:00

Um conjunto de átomos com as mesmas propriedades químicas constitui um elemento químico, as substâncias. Essas, por sua vez, se caracterizam por uma porção desses átomos. Substância pura é aquela formada exclusivamente por partículas (moléculas ou átomos) quimicamente iguais.

As substâncias puras podem ser simples ou compostas como, por exemplo, o gás nitrogênio (N2), que é uma substância pura simples, pois é formado apenas pelo elemento N. Já a água é uma substância pura composta, pois contém dois elementos em suas moléculas (H2 + O).

Outros exemplos: o gás ozônio é formado por 3 átomos de oxigênio (O3), portanto é uma substância pura simples. Como também o gás hélio, cujas moléculas contêm um único átomo de He.

É muito difícil encontrar substâncias puras livres na natureza. Em geral, elas são produzidas em laboratório, por processos de fracionamento de misturas ou métodos de purificação.

Misturas são formadas por duas ou mais substâncias e se classificam em homogênea ou heterogênea, dependendo da natureza de seus constituintes, uma vez que toda mistura homogênea é uma solução.

- O ar que respiramos é uma mistura homogênea de vários componentes, entre eles nitrogênio e oxigênio.

- A água do mar é uma mistura homogênea de sais minerais + H2O.

- O petróleo é uma mistura homogênea que pode ser fracionada (processo conhecido por destilação) e dar origem a vários produtos: gasolina, querosene, parafina, óleo, etc.

Água + Óleo

- O óleo misturado à água constitui uma mistura heterogênea, observe que ela possui duas fases.

Por Líria Alves
Graduada em Química

Matéria e Energia

2011-12-21T12:22:00.000-08:00

Matéria

Matéria é tudo o que tem massa e ocupa um lugar no espaço, ou seja, possui volume.
Ex.: madeira, ferro, água, areia, ar, ouro e tudo o mais que imaginemos, dentro da definição acima.

Obs.: a ausência total de matéria é o vácuo.

Corpo

Corpo é qualquer porção limitada de matéria.
Ex.: tábua de madeira, barra de ferro, cubo de gelo, pedra.

Objeto

Objeto é um corpo fabricado ou elaborado para ter aplicações úteis ao homem.
Ex.: mesa, lápis, estátua, cadeira, faca, martelo.

Energia

Energia é a capacidade de realizar trabalho, é tudo o que pode modificar a matéria, por exemplo, na sua posição, fase de agregação, natureza química. È também tudo que pode provocar ou anular movimentos e causar deformações.

Formas de Energia

Energia Cinética

Energia cinética é a energia associada ao movimento e depende da massa (m) e da velocidade (v) de um corpo.

É calculada pela expressão:

E = m.v2
2

Energia Potencial

É aquela que se encontra armazenada num determinado sistema e que pode ser utilizada a qualquer momento para realizar uma tarefa.

Existem dois tipos de energia potencial: a elástica e a gravitacional.

A energia potencial gravitacional está relacionada com uma altura (h) de um corpo em relação a um determinado nível de referência.
É calculada pela expressão: Epg = p.h ou Epg = m.g.h

A energia potencial elástica está associada a uma mola ou a um corpo elástico.
É calculada pela expressão:

Epe = k.x2
2
K= Constante da mola (varia para cada tipo de mola, por exemplo a constante da mola de um espiral de caderno é bem menor que a constante da mola de um amortecedor de caminhão)

X= Variação no tamanho da mola

Energia MecÂNica Total

A energia mecânica total de um corpo é constante e é dada pela soma das energias cinética e potencial.

É calculada pela expressão: Em = Ec + Ep

Obs.: No Sistema Internacional de Unidades (SI), a energia é expressa em joule (J).

Obs II.: Existem outra formas de energia: energia elétrica, térmica, luminosa, química, nuclear, magnética, solar (radiante).

Lei da Conservação da Energia

A energias não pode ser criada nem destruída. Sempre que desaparece uma quantidade de uma classe de energia, uma quantidade exatamente igual de outra(s) classe(s) de energia é (são) produzida(s).

Classificação dos Sistemas

A partir das noções de matéria e energia, podemos classificar os sistemas em função da sua capacidade de trocar matéria e energia com o meio ambiente.

Sistema Aberto

Tem a capacidade de trocar tanto matéria quanto energia com o meio ambiente.
Ex.: água em um recipiente aberto (a água absorve a energia térmica do meio ambiente e parte dessa água sofre evaporação).

Sistema Fechado

Tem a capacidade de trocar somente energia com o meio ambiente. Esse sistema pode ser aquecido ou resfriado, mas a sua quantidade de matéria não varia.
Ex.: Um refrigerante fechado.

Sistema Isolado

Não troca matéria nem energia com o sistema.

Obs.: a rigor não existe um sistema completamente isolado.

Ex.: um exemplo aproximado desse tipo de sistema é a garrafa térmica.

Propriedades da Matéria

Propriedades são determinadas características que, em conjunto, vão definir a espécie de matéria.

Podemos dividi-las em 3 grupos: gerais, funcionais e específicas.

Propriedades Gerais

São propriedades inerentes a toda espécie de matéria.

Massa: é a medida da quantidade de matéria.
Obs.: é importante saber a diferença entre massa e peso. O peso de um corpo é a força de atração gravitacional sofrida pelo mesmo, ou seja, é a força de atração que o centro da terra exerce sobre a massa dos corpos. O peso de um corpo irá varia em função da posição que ele assumir em relação ao centro da terra, enquanto a massa é uma medida invariável em qualquer local. Em Química trabalhamos preferencialmente com massa.

Extensão: é o espaço que a matéria ocupa, o seu volume.
Inércia: é a propriedade que os corpos têm de manter o seu estado de movimento ou de repouso inalterado, a menos que alguma força interfira e modifique esse estado.
Obs.: a massa de um corpo está associada à sua inércia, isto é, a dificuldade de fazer variar o seu estado de movimento ou de repouso, portanto, podemos definir massa como a medida da inércia.

Impenetrabilidade: duas porções de matéria não podem ocupar, simultaneamente, o mesmo lugar no espaço.

Divisibilidade: toda matéria pode ser dividida sem alterar a sua constituição, até um certo limite ao qual chamamos de átomo.

Compressibilidade: sob a ação de forças externas, o volume ocupado por uma porção de matéria pode diminuir.
Obs.: de uma maneira geral os gases são mais compressíveis que os líquidos e estes por sua vez são mais compressíveis que os sólidos.

Elasticidade: Dentro de um certo limite, se a ação de uma força causar deformação da matéria, ela retornará à forma original assim que essa força deixar de agir.
Porosidade: a matéria é descontínua. Isso quer dizer que existem espaços (poros) entre as partículas que formam qualquer tipo de matéria. Esses espaços podem ser maiores ou menores, tornando a matéria mais ou menos densa.
Ex.: a cortiça apresenta poros maiores que os poros do ferro, logo a densidade da cortiça é bem menor que a densidade do ferro.

Propriedades Funcionais

São propriedades comuns a determinados grupos de matéria, identificados pela função que desempenham.
Ex.: ácidos, bases, sais, óxidos, álcoois, aldeídos, cetonas.

Propriedades Específicas

São propriedades individuais de cada tipo particular de matéria.

Podem ser: organolépticas, químicas ou físicas.

I- Organolépticas

São propriedades capazes de impressionar os nossos sentidos, como a cor, que impressiona a visão, o sabor, que impressiona o paladar, o odor que impressiona o nosso olfato e a fase de agregação da matéria (sólido, líquido, gasoso, pastoso, pó), que impressiona o tato.

Ex.: água pura (incolor, insípida, inodora, líquida em temperatura ambiente)

barra de ferro (brilho metálico, sólida)

II - Químicas

Responsáveis pelos tipos de transformação que cada matéria é capaz de sofrer. Relacionam-se à maneira de reagir de cada substância.

Ex.: oxidação do ferro, combustão do etanol.

III - Físicas

São certos valores encontrados experimentalmente para o comportamento de cada tipo de matéria quando submetidas a determinadas condições. Essas condições não alteram a constituição da matéria, por mais diversas que sejam. As principais propriedades físicas da matéria são:

Pontos de fusão e solidificação

São as temperaturas nas quais a matéria passa da fase sólida para a fase líquida e da fase líquida para a sólida respectivamente, sempre em relação a uma determinada pressão atmosférica.

Obs.: a pressão atmosférica (pressão exercida pelo ar atmosférico) quando ocorre a 0° C, ao nível do mar e a 45° de latitude, recebe o nome de pressão normal, à qual se atribuiu, convencionalmente, o valor de 1 atm.

Ex.: água 0° C; oxigênio -218,7° C; fósforo branco 44,1° C

Ponto de fusão normal: é a temperatura na qual a substância passa da fase sólida para a fase líquida, sob pressão de 1atm. Durante a fusão propriamente dita, coexistem essas duas fases. Por isso, o ponto de solidificação normal de uma substância coincide com o seu ponto de fusão normal.

Pontos de ebulição e condensação
São as temperaturas nas quais a matéria passa da fase líquida para a fase gasosa e da fase gasosa para a líquida respectivamente, sempre em relação a uma determinada pressão atmosférica.

Ex.: água 100° C; oxigênio -182,8° C; fósforo branco 280° C.

Ponto de ebulição normal: é a temperatura na qual a substância passa da fase líquida à fase gasosa, sob pressão de 1 atm. Durante a ebulição propriamente dita, coexistem essas duas fases. Por isso, o ponto de condensação normal de uma substância coincide com o seu ponto de ebulição normal.

Densidade
é a relação entre a massa e o volume ocupado pela matéria.

Ex.: água 1,00 g/cm3; ferro 7,87 g/cm3.

Coeficiente de solubilidade
É a quantidade máxima de uma matéria capaz de se dissolver totalmente em uma porção padrão de outra matéria (100g, 1000g), numa temperatura determinada.

Ex.: Cs KNO3 = 20,9g/100g de H2O (10° c)

Cs KNO3 = 31,6g/100g de H2O (20° c)

Cs Ce2(SO4)3 = 20,0g/100g DE H2O (0° c)

Cs Ce2(SO4)3 = 10,0g/100g DE H2O (25° c)

Dureza
É a resistência que a matéria apresenta ao ser riscada por outra. Quanto maior a resistência ao risco mais dura é a matéria.

Entre duas espécies de matéria, X e Y, decidimos qual é a de maior dureza pela capacidade que uma apresenta de riscar a outra. A espécie de maior dureza, X, Risca a de menor dureza, Y. Podemos observar esse fato, porque sobre a matéria X, mais dura, fica um traço da matéria Y, de menor dureza.

SUBSTÂNCIA DUREZA SUBSTÂNCIA DUREZA
TALCO 01 FELDSPATO 06
GIPSITA 02 QUARTZO 07
CALCITA 03 TOPÁZIO 08
FLUORITA 04 CORÍNDON 09
APATITA 05 DIAMANTE 10

Tenacidade
É a resistência que a matéria apresenta ao choque mecânico, isto é, ao impacto. Dizemos que um material é tenaz quando ele resiste a um forte impacto sem se quebrar.

Observe que o fato de um material ser duro não garante que ele seja tenaz; são duas propriedades distintas. Por exemplo: o diamante, considerado o material mais duro que existe, ao sofrer um forte impacto quebra-se totalmente.

Brilho
É a capacidade que a matéria possui de refletir a luz que incide sobre ela. Quando a matéria não reflete luz, ou reflete muito pouco, dizemos que ela não tem brilho. Uma matéria que não possui brilho, não é necessariamente opaca e vice-versa. Matéria opaca é simplesmente aquela que não se deixa atravessar pela luz. Assim, uma barra de ouro é brilhante e opaca, pois reflete a luz sem se deixar atravessar por ela.

AS FASES DE AGREGAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS

Fase Sólida

A característica da fase sólida é a rigidez. As substâncias apresentam maior organização de suas partículas constituintes, devido a possuir menor energia. Essas partículas formam estruturas geométricas chamada retículos cristalinos. Apresenta forma invariável e volume constante.

Fase Líquida

A característica da fase líquida é a fluidez. As partículas se apresentam desordenadas e com certa liberdade de movimento. Apresentam energia intermediária entre as fases sólida e gasosa. Possuem forma variável e volume constante.

Fase Gasosa

A característica da fase gasosa é o caos. Existem grandes espaços entre as partículas, que apresentam grande liberdade de movimento. É a fase que apresenta maior energia. Apresenta forma e volume variáveis.

Mudanças De Fases Das Substâncias

O estado de agregação da matéria pode ser alterado por variações de temperatura e de pressão, sem que seja alterada a composição da matéria. Cada uma destas mudanças de estado recebeu uma denominação particular:

Fusão: é a passagem da fase sólida para a líquida.
Vaporização: é a passagem do estado líquido para o estado gasoso.
Obs.: a vaporização pode receber outros nomes, dependendo das condições em que o líquido se transforma em vapor.

Evaporação: é a passagem lenta do estado líquido para o estado de vapor, que ocorre predominantemente na superfície do líquido, sem causar agitação ou o surgimento de bolhas no seu interior. Por isso, é um fenômeno de difícil visualização.

Ex.: bacia com água em um determinado local, roupas no varal.

Ebulição: é a passagem rápida do estado líquido para o estado de vapor, geralmente obtida pelo aquecimento do líquido e percebida devido à ocorrência de bolhas.

Ex.: fervura da água para preparação do café.

Calefação: é a passagem muito rápida do estado líquido para o estado de vapor, quando o líquido se aproxima de uma superfície muito quente.

Ex.: Gotas de água caindo sobre uma frigideira quente.

Sublimação: é a passagem do estado sólido diretamente para o estado gasoso e vice-versa.
Obs.: alguns autores chamam de ressublimação a passagem do estado de vapor para o estado sólido.

Liquefação ou condensação: é a passagem do estado gasoso para o estado líquido.
Solidificação: é a passagem do estado líquido para o estado sólido.
Observe o esquema abaixo:

Diferença Entre Gás e Vapor

Vapor: Designação dada à matéria no estado gasoso, quando é capaz de existir em equilíbrio com o líquido ou com o sólido correspondente, podendo sofrer liquefação pelo simples abaixamento de temperatura ou aumento da pressão.

Gás: Fluido, elástico, impossível de ser liqüefeito só por um aumento de pressão ou só por uma diminuição de temperatura, o que o diferencia do vapor.

A história da Química

2011-12-18T11:47:00.000-08:00

A ciência química surge no século XVII a partir dos estudos de alquimia populares entre muitos dos cientistas da época. Considera-se que os princípios básicos da química se recolhem pela primeira vez na obra do cientista britânico Robert Boyle: The Sceptical Chymist (1661). A química, como tal, começa a ser explorada um século mais tarde com os trabalhos do francês Antoine Lavoisier e as suas descobertas em relação ao oxigênio, à lei da conservação da massa e à refutação da teoria do flogisto como teoria da combustão.

Primeiros avanços da química

O princípio do domínio da química (que para alguns antropólogos coincide com o princípio do homem moderno) é o domínio do fogo. Há indícios de que faz mais de 500.000 anos, em tempos do Homo erectus, algumas tribos conseguiram este sucesso que ainda hoje é uma das tecnologias mais importantes. Não só dava luz e calor na noite, como ajudava a proteger-se contra os animais selvagens. Também permitia a preparação de comida cozida. Esta continha menos microorganismos patogênicos e era mais facilmente digerida. Assim, baixava-se a mortalidade e melhoravam as condições gerais de vida.

O fogo também permitia conservar melhor a comida e especialmente a carne e os peixes secando-os e defumando-os.

Desde este momento teve uma relação intensa entre as cozinhas e os primeiros laboratórios químicos até o ponto que a pólvora negra foi descoberta por uns cozinheiros chineses.

Finalmente, foram imprescindíveis para o futuro desenvolvimento da metalurgia materiais como a cerâmica e o vidro, além da maioria dos processos químicos.