PROFESSOR

PAULO CESAR

PORTAL DE ESTUDOS EM QUÍMICA
 

DICAS PARA O SUCESSO NO VESTIBULAR: AULA ASSISTIDA É AULA ESTUDADA - MANTER O EQUILÍBRIO EMOCIONAL E O CONDICIONAMENTO FÍSICO - FIXAR O APRENDIZADO TEÓRICO ATRAVÉS DA RESOLUÇÃO DE EXERCÍCIOS.

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Sistemas, substâncias e misturas - Elemento químico e alotropia

  1. Sistema
  2. Mistura e substância pura
  3. Mistura eutética e mistura azeotrópica
  4. Substância simples e alotropia

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1- Sistema

Sistema é uma porção limitada do universo, considerada como um todo para efeito de estudo.

Sistema homogêneo ou material homogêneo ou matéria homogênea é aquele que apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinado.

Sistema heterogêneo ou material heterogêneo ou matéria heterogênea é aquele que não apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinado.

Fases são as diferentes porções homogêneas, limitadas por superfícies de separação, que constituem um sistema heterogêneo.

Os sistemas homogêneos são monofásicos ou unifásicos. Os sistemas heterogêneos são polifásicos, podendo ser bifásicos, trifásicos, etc.

Sistema com n componentes sólidos como regra tem n fases. Sistema com n gases sempre tem uma única fase. Não existe sistema heterogêneo de dois ou mais gases.

Sistema heterogêneo ou é uma mistura (heterogênea) ou é uma substância pura em mudança de estado físico.

Sistema homogêneo ou é uma mistura (homogênea) ou é uma substância pura num único estado físico.

 

Notas:

- Normalmente quando um material é heterogêneo ele é composto por várias composições que fazem parte de suas fases, lembrando que independente da fase, as composições são as mesmas em todas elas.

 



 

-quando dois gases se juntam, eles irão se formar de maneira homogênea, ou seja, de maneira igual.

- Um sistema homogêneo monofásico é formado a partir de dois líquidos miscíveis, como por exemplo: água e acetona.

- Um sistema heterogêneo bifásico é formado a partir de dois líquidos não-miscíveis, como pro exemplo: água e óleo. 

- Um sistema heterogêneo, também pode ser formado por dois sólidos.

- No caso de dois elementos sólidos é formado um sistema heterogêneo bifásico, como por exemplo: areia e sal. Porém existem também misturas sólidas homogêneas também denominadas de solução, como por exemplo: o ouro e o cobre, lembrando também que a mistura homogênea pode ser chamada de solução. 

 

 

 

2- Mistura e substância pura

Mistura é qualquer sistema formado de duas ou mais substâncias puras, denominadas componentes. Pode ser homogênea ou heterogênea, conforme apresente ou não as mesmas propriedades em qualquer parte de sua extensão em que seja examinada.

Toda mistura homogênea é uma solução, por definição.

 

Mistura comum

A temperatura de uma mistura não permanece constante durante todo o processo da mudança de estado. Vejamos agora dois gráficos, um que nos mostra a solidificação de água salgada, e outro que nos mostra o aquecimento de água doce: 



Com isso podemos concluir que uma mistura comum, pode apresentar tanto ponto de fusão, como ponto de ebulição, ambos podendo ser variáveis.

 

3- Mistura eutética e mistura azeotrópica

Existem misturas que, como exceção, se comportam como se fossem substâncias puras no processo de fusão, isto é, a temperatura mantém-se inalterada no início ao fim da fusão. Essas são chamadas misturas eutéticas.

Existem misturas que, como exceção, se comportam como se fossem substâncias puras em relação à ebulição, isto é, a temperatura mantém-se inalterada do início ao fim da ebulição. Essas são chamadas misturas azeotrópicas.


- Misturas eutéticas 

Com relação à fusão e à solidificação, as misturas eutéticas, se portam exatamente como fossem as substâncias puras, ou seja, elas têm o seu ponto de fusão constante. 

Observando o topo das fusões, notamos que a temperatura da fusão de um eutético é inferior com relação à dos seus componentes. 

Observe o exemplo: 

Cádmio (40%) e bismuto (60%)
Cádmio puro PF = 320ºC
Bismuto puro PF = 280ºC
Eutético PF = 140ºC
 

Vejamos a ilustração abaixo:


 


Vejamos o gráfico abaixo:




 

- Misturas azeotrópicas

Essas misturas se portam como substâncias puras, no processo de ebulição, portanto seu ponto de ebulição é constante. Quando se tem uma mistura de 4% de água com 96% de álcool é considerada uma mistura azeotrópica, permanecendo constante durante todo o processo de ebulição, sem que o sistema se desfaça em seus componentes.

Observe o exemplo:

Álcool (96%) e água (4%)
Água pura PE = 100ºC
Álcool puro PE = 78,3ºC
Mistura azeotrópica PE = 78,2ºC 


Vejamos a ilustração abaixo:

 

Se quisermos representar essa mistura graficamente, ficara assim:



 

Substância pura é todo material com as seguintes características:

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Unidades estruturais (moléculas, conjuntos iônicos) quimicamente iguais entre si.

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Composição fixa, do que decorrem propriedades fixas, como densidade, ponto de fusão e de ebulição, etc.

bullet

A temperatura se mantém inalterada desde o início até o fim de todas as suas mudanças de estado físico (fusão, ebulição, solidificação, etc.).

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Pode ser representada por um fórmula porque tem composição fixa.

bullet

Não conserva as propriedades de seus elementos constituintes, no caso de ser substância pura composta.

As misturas não apresentam nenhuma das características acima. Essas são as diferenças entre as misturas e as combinações químicas (substâncias puras compostas).

 

Não é conhecida nenhuma mistura que seja eutética e azeotrópica simultaneamente.


 

 

 

4- Substância simples e alotropia

Substância simples é toda substância pura formada de um único elemento químico.

Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento químico (átomos de mesmo Z) forma duas ou mais substâncias simples diferentes.

 

Elemento Variedades alotrópicas
Carbono (C) Diamante (Cn) Grafite (Cn)
Oxigênio (O) Oxigênio (O2) Ozônio (O3)
Fósforo (P) Fósforo branco (P4) Fósforo vermelho (Pn)
Enxofre (S) Enxofre rômbico (S8) Enxofre monoclínico (S8)

 

Grandeza molecular Substância simples
moléculas monoatômicas gases nobres
moléculas biatômicas H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2, I2
moléculas triatômicas O3
moléculas tetratômicas P4
moléculas octatômicas S8
moléculas gigantes (macromoléculas) Pn, Cn, todos os metais (Nan, Can, Agn)
 
 

Diferenças entre alótropos

O elemento alótropo pode diferenciar-se em: 

- na quantidade de átomos que uma molécula de um elemento contém, por exemplo, oxigênio e ozônio, que são compostos de moléculas cuja atomicidade é de 2(O2) e 3(O3), e acontece também entre o fósforo branco (P4), e fósforo vermelho (Pn). 

- na estrutura cristalina – ocorre com o diamante e com a grafita, os átomos da grafita liga-se a três átomos, e no diamante cada átomo liga-se a quatro átomos, o que faz com que as camadas fiquem empilhadas. As formas alotrópicas do enxofre têm suas moléculas organizadas de formas diferentes.

 


Em relação aos diamantes, cada átomo está ligado a outros 4 átomos, já na grafia, cada átomo se liga à 3 outros átomos.

 

Propriedades físicas 

Existem alguns dados que diferem propriedades físicas dos alótropos dos elementos. Vejamos:

- O gás oxigênio é incolor, insípido e inodoro, possui uma densidade: 1,429 g/L, sua temperatura e sua pressão são normais (TPN) 218,8 ºC, graus de fundição, e 183,0 ºC, grau de ebulição.

- Diferente do gás ozônio, azul pálido, odor irritante. Densidade 2,144 g/L, temperatura e pressão normais (TPN), 249,6 ºC, grau de fundição, 112,3 ºC, grau de ebulição. 




Cristais de exofre rômbico e monoclínico.

 

Propriedades químicas

Podemos notar que os aspectos energéticos e a velocidade que as reações ocorrem, diferem às propriedades químicas.

Por exemplo, os dois tipos de fósforos tanto a o vermelho quanto o branco, reagem com oxigênio em excesso provocando a formação de anidrido fosfórico; cloro provocando a formação de cloretos, entre outros.

Entretanto, é válido lembrar que a propriedade branca reage mais rapidamente que a vermelha. O diamante e a grafita, também reagem com o oxigênio, provocando a formação de gás carbônico, porém o aquecimento do diamante libera mais energia que a grafita. 

 

Estabilidade dos alótropos

A grafita entende-se como sendo mais estável que diamante, o gás oxigênio é mais estável que ozônio. Isso acontece porque as os formatos alotrópicos mais estáveis estão presentes na natureza em maior quantidade.


 

Para obter o processo inverso, é recomendado o dispêndio de energia. Vejamos:


 

Fulerenos

São moléculas de carbono, que contém 60 átomos, divididos de forma que parece uma esfera, contendo 12 pentágonos e 20 hexágonos. Essa molécula é denominada buckyball. Foram descobertas também outras moléculas (C90, C120, entre outras) que são denominadas fulerenos.

 

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Este site foi atualizado em 04/01/11