Fundamentos de Química Geral
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Sobre este e-book
Com o objetivo de favorecer a compreensão do leitor, os capítulos que constituem o livro trazem um enquadramento interessante de aspectos históricos, logicamente sistematizados, os quais são de grande utilidade.
O estudo das funções inorgânicas (capítulo cinco), a título de exemplo, oferece uma organização sólida e favorável para a elaboração de importantes generalizações na compreensão da estrutura e propriedades das substâncias químicas, outrossim, a incorporação de uma introdução aos compostos complexos ou de coordenação permite uma familiarização com essas importantes substâncias na mesma perspectiva em que são analisadas as funções químicas mais comuns.
Considerando a exercitação como parte imprescindível na assimilação de determinados conteúdos, especialmente os de Química, Matemática, Física e suas áreas específicas, além da apresentação de variados exemplos (figuras, tabelas, entre outros) esclarecedores das distintas teorias e princípios tratados nesta obra, foram incorporados, no final de cada capítulo, um suficiente número de exercícios (tendo em vista uma aprendizagem significativa ao invés da memorização) que permitem ao leitor retroalimentar sua compreensão referente às principais teorias aqui desenvolvidas.
Os anexos apresentados agregam um conjunto de informações úteis, nomeadamente: a solução de diversos exercícios propostos (especificamente os de pendor quantitativo), expressões matemáticas essenciais, alguns dados termodinâmicos (entalpia padrão de formação, calor específico, capacidade térmica e energia de ligação de algumas substâncias), fórmulas de distintas espécies químicas frequentemente usadas para a resolução de problemas em Química e não só.
Considerando a modernidade e pendor didático do conteúdo trazido, assim como a adequação da obra às diferentes áreas de conhecimento, estou seguro de que pode ser usada por professores (em cursos de nível médio e graduação), em sala de aulas como um livro-texto.
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Avaliações de Fundamentos de Química Geral
12 avaliações10 avaliações
- Nota: 5 de 5 estrelas5/5Achei um livro bastante interessante,, amei lê-lo,, deu para aprender muita coisa por ser um livro rico em conteúdos inéditos.
❤????1 pessoa achou esta opinião útil
- Nota: 5 de 5 estrelas5/5É uma obra super interessante, contém uma linguagem química bem acessível e pode ser usada em vários níveis. Comigo foi amor à primeira vista e levo sempre comigo em todo lugar kkkkkk espero que venham mais exemplares. Bem haja.
1 pessoa achou esta opinião útil
- Nota: 5 de 5 estrelas5/5É uma obra muito interessante, gostei e amei muito com este manual estou recordando e aprendendo muito.
Aconselho aos demais adquirir porque e um livro didáctico e que ajuda muito para professores de química e alunos nos cursos de química e não só. Eu, tenho-o utilizado na preparação das minhas aulas. valeu muito, gostei. - Nota: 5 de 5 estrelas5/5É um livro com linguagem simples e de fácil entendimento, com ele podemos fortificar as nossas bases e aprofundar mais acerca de Química.
Muito obrigado pela rica obra. - Nota: 4 de 5 estrelas4/5É uma obra magna e interessante, gostei lê-la e não me canso dela.???
2 pessoas acharam essa opinião útil
- Nota: 4 de 5 estrelas4/5O conteúdo do livro foi sistematizado e sintetizado de modo atualizado, com uma linguagem clara e objetiva pois visa facilitar ensino-aprendizagem de qualquer um que se interesse e queira aprofundar de modo geral e específico conhecimentos relativos à Química.
1 pessoa achou esta opinião útil
- Nota: 5 de 5 estrelas5/5‘ Achei ser um livro interessante com um rico conhecimento, adorei lê-lo ???????
1 pessoa achou esta opinião útil
- Nota: 5 de 5 estrelas5/5É uma obra interessante, e extremamente necessária para educadores, educandos e não só, que se interessam e pretendem aprofundar conhecimentos relativos á química. A maneira como o autor aborda os temas, estão me ajudando bastante, a organizar os conhecimentos de química. como leitora a experiência tem sido boa. Existe uma carga de objetividade nela, Pois é uma obra que oferece conteúdos claros, concisos e precisos. a linguagem química com a qual foi escrito é bastante clara, e de fácil compreensão.
2 pessoas acharam essa opinião útil
- Nota: 5 de 5 estrelas5/5Tem sido um excelente recurso❤nos primeiros dias de aulas deste ano lectivo usei para comprovar se o que a professora estava a me ensinar era o correcto, mas nem tudo era. Felizmente o livro estava ali para me guiar e ñ permitir com que assimilasse erros? Ele poupa-me do trabalho de ter que entrar toda hora na Internet em busca de conteúdos. É muito prático, ñ precisa gastar saldo e posso carregá-lo a qualquer momento.
- Nota: 5 de 5 estrelas5/5É uma obra que tem um grupo alvo variado, tal como se fez mensão no prefácio da mesma. Ela oferece conteúdos claros e precisos, com uma linguagem Química clara e de fácil compreensão e também um conjunto de exercícios elaborados pelo autor que podem ajudar bastante no desenvolvimento de certas habilidades.
Pré-visualização do livro
Fundamentos de Química Geral - Júdse Luciano Chiqueleto Zeca
COMITÊ CIENTÍFICO DA COLEÇÃO ENSINO DE CIÊNCIAS
Aos meus honrosos pais, Cândido Kene L. Zeca e Arlete Felicidade Chiqueleto!
À minha eleita e amada esposa, Alice Zeca!
Aos meus irmãos e querido filho!
Aos meus alunos/estudantes, Passados, Presentes e Futuros!
AGRADECIMENTOS
Agradeço ao glorioso e soberano Deus, pelas dádivas incontáveis que me tem concedido em cada passo da minha vida, com realce na descoberta vocacional com a qual sirvo nossa sociedade.
Aos meus pais, Cândido Kene Luciano Zeca (em memória) e Arlete Felicidade Chiqueleto, por serem a base da minha formação pessoal e profissional.
Prazerosamente, agradeço à Direção da Escola Superior Pedagógica do Bié, com destaque especial ao Dr. Aristides Jaime Y. Cambuta e ao Dr. Evaristo Vitangui Gando, pelo conjunto de orientações que de modo incondicional sempre me concederam tendo em vista meu progresso como pessoa e profissional.
À Dr.ª Mery Caridad Michell Fuentes, pelas diversas vezes em que se deixou solicitar e especialmente por aceitar o convite de prefaciar esta obra.
Aos colegas de trabalho, especialmente ao Dr. Luís Mário Valdés, amigos e a todos aqueles que de forma direta ou indireta deram seu contributo para a materialização deste anelo profissional.
A todos, a minha grande gratidão!
Eu tentei 99 vezes e falhei, mas na centésima tentativa eu consegui,
nunca desista de seus objetivos mesmo que esses pareçam impossíveis,
a próxima tentativa pode ser a vitoriosa.
(Albert Einstein)¹*
PREFÁCIO
O desenvolvimento da sociedade global atual exige, como nunca antes, a aplicação dinâmica das contribuições (cada vez mais crescentes) da ciência e da tecnologia em todos os ramos do saber, como parte indissolúvel de sua própria existência. Descobrimentos transcendentais como o do genoma humano, a clonagem, a obtenção de materiais como o grafeno (um dos mais resistentes do mundo), o impacto da nanotecnologia, as sondas espaciais e muitos outros são fatos que exigem repensar o que se faz para o processo de ensino e aprendizagem das ciências. Nesse contexto, a educação científica dos cidadãos exige um reconhecimento consciente da importância da Química no desenvolvimento alcançado e em seu estreito vínculo com outras ciências na sustentabilidade da vida humana, assim como dos demais organismos vivos existentes no planeta.
É impreterível alcançar níveis apropriados de conhecimentos para a atual e futura gerações, dada a necessidade de formação de um ser humano culturalmente novo, comprometido com as mudanças sociais necessárias em seu tempo, assim como para a melhoria constante dos níveis de vida alcançados pelo uso de meios tecnológicos de uma maneira racional e responsável.
Essa é considerada uma das razões pelas quais, nos diferentes sistemas de ensino, inicia-se cada vez mais cedo o estudo desta ciência (Química) como componente transversal da educação, seja como uma disciplina independente, ou integrando seus conteúdos aos de outras ciências, com objetivos comuns do ponto de vista educativo.
Diversos são os textos que nos cercam referentes ao estudo da Química como ciência, e infinitas as possibilidades de materializar
os conhecimentos dessa ciência em forma de livros, manuais ou folhetos para distintos níveis, enfoques e objetivos.
A obra que se apresenta é fruto de uma compilação de temas nos quais se teve em conta a diversidade da bibliografia existente, a variedade de temáticas tradicionalmente trabalhadas, tanto no nível médio como universitário.
Essa sistematização se destaca pela abordagem de um enfoque histórico-lógico na análise de conhecimento da ciência, características que, por sua vez, são reflexos de sua evolução e desenvolvimento em concordância com outras ciências naturais como especificamente a Física. De igual modo, faz-se referência à profundidade, atualidade e pertinência dos conteúdos, tendo em conta que se trata de um texto no qual se propõe uma análise dos fundamentos da Química.
Particular significado é atribuído ao tratamento didático das classificações feitas durante a abordagem de capítulos que assim o exigem, incorporando critérios inovadores. Do mesmo modo, são expostos numerosos exemplos com o propósito de fornecer os aspectos práticos referentes à teoria que está sendo apresentada.
O estudo das funções inorgânicas, por exemplo, oferece uma organização que solidifica as bases para a elaboração de importantes generalizações na compreensão da estrutura e propriedades das substâncias químicas; do mesmo modo, a incorporação de uma introdução aos compostos de coordenação que permitirá uma familiarização com essas importantes substâncias na mesma perspectiva em que são analisadas as funções químicas mais comuns. Por outro lado, a análise das reações químicas como um tema independente confere integralidade a seu estudo, o qual permite a sistematização desse conceito fundamental.
No final de cada capítulo abordado na obra, é apresentado um importante número de exercícios que permitem uma retroalimentação sistemática da compreensão das principais teorias desenvolvidas ao longo da obra, valendo ainda realçar a contribuição do autor ao propiciar uma maneira diferente de integrar e compreender os conteúdos dessa ciência, tornando-se útil para o ensino da Química como disciplina nos diferentes níveis de ensino.
O que foi anteriormente assinalado permite afirmar que a obra é pertinente, seja para principiantes, estudantes e professores em geral, os quais encontrariam em sua leitura um livro exequível e que servirá de base para a realização de estudos mais profundos dessa bela ciência.
Desejo êxitos a cada leitor ao longo de seus estudos e espero que considere terem valido a pena.
Ph.D. Mery Caridad Michell Fuentes
Departamento de Química da Universidade de Oriente, Cuba.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Sumário
1
UMA ABORDAGEM INTRODUTÓRIA 21
1.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS 23
1.2 LEIS DE CONSERVAÇÃO DE MATÉRIA E ENERGIA 27
1.3 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 28
2
ESTRUTURA ATÔMICA E MATÉRIA 31
2.1 TEORIA ATÔMICA DE DALTON 32
2.2 DESCOBERTA DAS PARTÍCULAS FUNDAMENTAIS DO ÁTOMO 34
2.3 OUTRAS PARTÍCULAS CONHECIDAS: A TEORIA DOS QUARKS 36
2.4 MODELOS ATÔMICOS PRINCIPAIS 37
2.5 MECÂNICA QUÂNTICA E O MODELO ATÔMICO ATUAL 43
2.6 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO ÁTOMO 46
2.7 ÍONS OU ÁTOMOS COM DESEQUILÍBRIO ELÉTRICO 47
2.8 SEMELHANÇAS ATÔMICAS 48
2.9 PROPRIEDADES DA MATÉRIA 50
2.10 ESTADOS FÍSICOS DA MATÉRIA 51
2.11 MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA 52
2.12 DIAGRAMAS DE MUDANÇA DE ESTADO FÍSICO DA MATÉRIA 54
2.13 CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA 55
2.14 MÉTODOS DE SEPARAÇÃO DE MISTURAS 60
2.15 NÚMEROS QUÂNTICOS 63
2.16 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 72
3
A TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS 75
3.1 UMA SÍNTESE HISTÓRICA 75
3.2 ORGANIZAÇÃO DA TABELA PERIÓDICA 77
3.3 CLASSIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS NA
TABELA PERIÓDICA 78
3.4 OCORRÊNCIA DOS ELEMENTOS QUÍMICOS 82
3.5 PROPRIEDADES PERIÓDICAS E APERIÓDICAS DOS
ELEMENTOS QUÍMICOS 83
3.6 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 88
4
LIGAÇÕES E FÓRMULAS QUÍMICAS 93
4.1 REGRA DO OCTETO 93
4.2 TIPOS DE LIGAÇÕES QUÍMICAS 94
4.3 ENERGIA RETICULAR 98
4.4 DIFERENTES TEORIAS QUE EXPLICAM OS DIFERENTES TIPOS DE LIGAÇÕES QUÍMICAS 102
4.5 TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA (TLV) 103
4.6 TEORIA DAS ORBITAIS MOLECULARES (TOM) 104
4.7 TEORIA DE REPULSÃO DOS PARES ELETRÔNICOS DA CAMADA DE VALÊNCIA (TRPECV) 106
4.8 GEOMETRIA MOLECULAR 109
4.9 LIGAÇÕES OU FORÇAS INTERMOLECULARES 113
4.10 FÓRMULA QUÍMICA 116
4.11 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 119
5
FUNÇÕES INORGÂNICAS 123
5.1 TEORIA DA DISSOCIAÇÃO IÔNICA DE ARRHENIUS 123
5.2 ÁCIDO DE ARRHENIUS 124
5.3 CLASSIFICAÇÃO DOS ÁCIDOS 124
5.4 NOMENCLATURA E NOTAÇÃO QUÍMICA DOS ÁCIDOS 126
5.5 ALGUNS ÁCIDOS E SUAS APLICAÇÕES 129
5.6 HIDRÓXIDOS OU BASES DE ARRHENIUS 130
5.7 CLASSIFICAÇÃO DAS BASES 131
5.8 NOMENCLATURA E NOTAÇÃO QUÍMICA DAS BASES 132
5.9 ALGUMAS BASES E SUAS APLICAÇÕES 133
5.10 SAIS DE ARRHENIUS 133
5.11 CLASSIFICAÇÃO DOS SAIS 134
5.12 NOMENCLATURA E NOTAÇÃO QUÍMICA DOS SAIS 135
5.13 ALGUNS SAIS E SUAS APLICAÇÕES 137
5.14 ÓXIDOS 138
5.15 CLASSIFICAÇÃO DOS ÓXIDOS 138
5.16 NOMENCLATURA E NOTAÇÃO QUÍMICA DOS ÓXIDOS 140
5.17 ALGUNS ÓXIDOS E SUAS APLICAÇÕES 141
5.18 HIDRETOS 142
5.19 CLASSIFICAÇÃO DOS HIDRETOS 142
5.20 NOMENCLATURA E NOTAÇÃO QUÍMICA DOS HIDRETOS 143
5.21 APLICAÇÕES DOS HIDRETOS 143
5.22 OUTRAS TEORIAS ÁCIDO-BASE 144
5.23 O pH: PARÂMETRO MEDIDOR DA ACIDEZ 146
5.24 INDICADORES ÁCIDO-BASE 147
5.25 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 148
6
INTRODUÇÃO AOS COMPOSTOS
DE COORDENAÇÃO 153
6.1 INTRODUÇÃO 153
6.2 DESENVOLVIMENTO DA TEORIA DE WERNER 155
6.3 CONCEITOS FUNDAMENTAIS 155
6.4 TIPOS DE LIGANTES E TERMINOLOGIA USUAL EM METAIS COMPONENTES DO ÂNION COMPLEXO 156
6.5 NOMENCLATURA E NOTAÇÃO QUÍMICA DOS COMPOSTOS
DE COORDENAÇÃO 158
6.6 LIGAÇÃO QUÍMICA EM COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO 161
6.7 TEORIA DO CAMPO CRISTALINO 161
6.8 ISOMERIA EM COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO 162
6.9 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 165
7
REAÇÕES QUÍMICAS 169
7.1 CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES QUÍMICAS 171
7.2 CONDIÇÕES PARA OCORRÊNCIA DAS REAÇÕES QUÍMICAS 174
7.3 ANÁLISE QUANTITATIVA DAS REAÇÕES QUÍMICAS 177
7.4 BALANCEAMENTO DAS REAÇÕES QUÍMICAS 177
7.5 LEIS GRAVIMÉTRICAS E VOLUMÉTRICA DAS REAÇÕES QUÍMICAS 181
7.6 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 183
8
ESTEQUIOMETRIA 187
8.1 DIFERENTES FORMAS DE REALIZAR
CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS 189
8.2 CÁLCULOS BASEADOS NA RELAÇÃO MOLAR (MOL-MOL) 189
8.3 RELAÇÃO MOL-MASSA 190
8.4 RELAÇÃO MASSA-MASSA 190
8.5 RELAÇÃO MASSA-VOLUME 191
8.6 CASOS PRÁTICOS ENVOLVENDO REAGENTES EM EXCESSO E REAGENTE LIMITANTE 193
8.7 PROBLEMAS DE SISTEMA EM QUE OS REAGENTES SÃO SUBSTÂNCIAS IMPURAS: SOLUÇÕES LÍQUIDAS CONCENTRADAS, (…),
SÓLIDOS IMPUROS 194
8.8 PROBLEMAS ENVOLVENDO RENDIMENTO MOLAR 195
8.9 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 196
9
TERMOQUÍMICA 199
9.1 PROCESSOS QUÍMICOS ENDOTÉRMICOS E EXOTÉRMICOS 201
9.2 ENTALPIA E EQUAÇÃO TERMOQUÍMICA 202
9.3 LEI DE GERMAIN HENRI HESS 205
9.4 CALORIMETRIA 206
9.5 ENERGIA DE LIGAÇÃO 208
9.6 OUTROS CONCEITOS RELACIONADOS 210
9.7 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 210
10
SOLUÇÕES 215
10.1 CLASSIFICAÇÃO DAS SOLUÇÕES 217
10.2 ANÁLISE QUANTITATIVA DAS SOLUÇÕES 220
10.3 DILUIÇÃO DAS SOLUÇÕES 226
10.4 MISTURAS DE SOLUÇÕES 226
10.5 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 227
11
CINÉTICA QUÍMICA 229
11.1 VELOCIDADE DAS REAÇÕES QUÍMICAS 229
11.2 FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DE UMA
REAÇÃO QUÍMICA 232
11.3 A CATÁLISE 237
11.4 CATALISADORES BIOLÓGICOS: ENZIMAS 238
11.5 CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES QUÍMICAS SEGUNDO
SUA VELOCIDADE 240
11.6 LEI DA VELOCIDADE E ORDEM DA REAÇÃO 240
11.7 MECANISMO DA REAÇÃO 242
11.8 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 245
REFERÊNCIAS 249
ANEXOS 251
ÍNDICE REMISSIVO 265
1
UMA ABORDAGEM INTRODUTÓRIA
Desde muito cedo, o homem procurou entender questões ligeiramente complexas como: como era constituído o mundo físico. Para satisfazer essa necessidade cognitiva, as culturas antigas criaram diversos mitos e lendas em torno da questão.
De acordo com Deboni e Goldani,
Tem sido tradicionalmente atribuída a Tales, que viveu no séc. VI a.C na antiga cidade grega de Mileto, costa de Jônia (atual sudoeste da Turquia) a primeira manifestação de pensamento científico genuíno ao considerar certas questões feitas na altura por este pensador, tais como: por que as coisas acontecem como acontecem? De que é feito o mundo e como é feito?²
Ao respondê-las, presumiu que as resposta teriam sido formuladas em termos de matéria básica de que o mundo é feito. […] Talvez a presunção mais significativa tenha sido a afirmação de que há respostas para essas perguntas e as mesmas podem ser dadas na forma de teoria — palavra que deriva do grego olhar para, contemplar ou especular
— passível de teste.³
Outras fontes históricas atribuem a Empédocles (pensador grego que viveu no séc. V) as primeiras tentativas de entender os fenômenos naturais, desvinculadas da religião. Segundo Urbesco e Salvador, foi ele quem lançou a ideia para explicar a constituição da matéria. Para este pensador, a matéria seria constituída por quatro elementos primários: o fogo, o ar, a água e a terra
.⁴
Posteriormente Aristóteles introduziu a ideia de que esses quatro elementos deveriam ser diferenciados por suas propriedades, concluindo que dessa maneira seria possível transformar uma substância em outra, desde que se alterasse uma de suas propriedades.⁵
Esses conceitos perduraram por mais de 2.000 anos e começaram a ser abandonados em função das descobertas posteriores, como as que foram publicadas em 1661 por Robert Boyle em seu livro de texto intitulado The sceptical chemist (O químico cético).
Para Russel, as ciências naturais incluem disciplinas que procuram mostrar um estudo sistemático da natureza. Entre elas citamos: a Física, Biologia, Geologia, Astronomia, entre outras, e a Química.⁶
A Química encontra-se na classe das ciências jovens, pelo fato de seu surgimento como ciência independente ter ocorrido apenas entre o final do séc. XVIII e princípio do séc. XIX. Etapa essa marcada inicialmente pela introdução do método experimental por Robert Boyle e subsequentemente pela elaboração de certas leis experimentalmente comprovadas como a lei de conservação das massas ou Lei de Lavoisier, como é famosamente mais conhecida.
Por essas razões, a paternidade da Química tem sido atribuída à Robert Boyle; e ao francês Antoine Laurient Lavoisier a paternidade da Química moderna.
Esse considerável salto foi dado depois de ter sido formulado um conjunto de conhecimentos baseados em experimentos sistematizados com uma linguagem própria (que a distingue da Matemática, Biologia etc.) em torno do objeto de estudo cuidadosamente definido.
A Química em particular é mais corretamente definida por Salonia como: A ciência que estuda a composição, estrutura e as propriedades dos sistemas materiais; assim como as interações das substâncias e os efeitos provocados sobre elas quando se lhe é administrada ou removida energia em qualquer uma de suas formas
.⁷
Enquanto ciência possui um amplo campo de aplicação, seja em setores industriais (como em indústria farmacêutica, têxtil, petroquímica etc.) como em questões com as quais nos deparamos no nosso quotidiano (como o uso de pilhas em rádios, relógios e lanternas, o uso de detergentes para limpeza de utensílios como para lavagens de roupas etc.).
Na definição apresentada, encontram-se expressões como: propriedades, sistemas materiais, energia e substâncias. Qualquer dificuldade na compreensão de tais termos pode extensivamente condicionar a compreensão do conteúdo subsequente, fazendo-se assim necessária a apresentação detalhada de certos conceitos.
1.1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Matéria: é definida como tudo aquilo que possui massa, inércia e ocupa um lugar no espaço. A ideia de algo ocupando um lugar no espaço não gera qualquer dificuldade, mas o que é realmente massa e inércia? Desse modo, infere-se que, para uma correta interpretação do conceito em causa, é necessário analisar o significado de cada uma dessas propriedades gerais sobre as quais se assenta a definição.
Frequentemente os conceitos de massa e