Propriedades das substâncias puras

Uma substância pura é caracterizada por ser constituída por um só tipo de partículas.
Assim, o açúcar, sem impurezas, é constituído por moléculas de sacarose (C12H22O11) só.

A tendência dos átomos para atrair partículas negativas (normalmente electrões) é chamada: ELECTRONEGATIVIDADE (veja módulo 3).
A electronegatividade (dos átomos neutros) tem uma abreviatura: a letra E.
A força com que esta atracção é executada, quer dizer a atracção do átomo às partículas negativas (em geral electrões) depende, entre outros:
  1. da carga nuclear
  2. do raio do átomo
Quanto maior a carga nuclear, mais forte é a atracção às partículas negativas;
Quanto maior a distância do núcleo para a zona exterior, mais fraca a força de atracção pelas partículas negativas.


Exercício 26
Explique porque é que um átomo de cloro quer captar electrões com mais força do que um átomo de iodo.

Na tabela periódica, a carga do núcleo aumenta de esquerda para direita, enquanto o número de camadas principais fica igual. Quanto mais camadas, tanto maoior o tamanho de átomo.
A consequência é: a atracção entre o núcleo e os electrões (partículas negativas) aumenta, ou seja, a electronegatividade E aumenta dentro de um período de esquerda para direita.

Exercício 27
Na tabela periódica, no terceiro período, Explique porquê que este raio cada vez torna se mais pequeno.

O raio atómico num grupo vertical da TP, de cima para baixo, aumento cada vez porque cada vez junta se uma camada principal. Portanto, partículas negativas (electrões) serão atraídos pelos átomos cada vez menos fort (de cima para baixo) porque cada vez ficam mais longe do núcleo.

Exercício 28
Procure na TP o grupo principal VII e note de cima para baixo ambos o raio atómico e o valor de E. Depois explique a regularidade.

Lembrança duma certa tabela periódica:



3.1 Tipos de redes

No caso de ter uma substância sólida, na maioria dos casos trata-se duma rede, constituída por um só tipo de partículas (ou, no caso de iões, por vários tipos de iões numa proporção fixa). As redes mantêm-se graças a certas forças interparticulares, que podem ser fortes ou fracas.


A rede metálica

A maior parte dos metais têm atracção forte entre os iões positivos e os electrões livres na rede metálica (veja módulo 03). Os electrões (livres) podem ser considerados uma cola entre os iões positivos metálicos.

A rede iónica

Nos sais há atracção forte entre iões positivos e negativos nas redes iónicas. (veja módulo 3).
As forças interiónicas definem a força da rede e, consequentemente, seu ponto de fusão e dependem de vários factores como: as cargas e a distância interiónica.

A rede molecular

A maior parte dos sólidos e líquidos das substâncias moleculares têm os três tipos da atracção VanderWaals (apolar, polar, pontes de hidrogénio), que são sempre forças intermoleculares.
De modo geral, não são tão fortes como as redes metálicas ou iónicas e têm pontos de fusão baixos.
Aqui encontramos também as substâncias que, a temperatura normal, são líquidos ou gases.


3.2 Mudanças de fase

Um estado de agregação pode mudar noutro: gelo (s) pode fundir e formar água (l)
água líquida e gasolina podem evaporar: ((l) (g)),
vapor de água pode condensar: ((g) (l))
Chumbo pode fundir Pb(s) Pb(l),
etc.
Para controlar os nomes dos processos, veja o livro de tabelas.

Pontos de fusão e ebulição

Pontos de fusão dependem dos seguintes factores, na ordem de importância:
1. A REDE

Quais as forças dentro da rede do sólido?
Fundir implica a destruição da rede e uma rede forte funda dificilmente.

A força duma rede iónica depende em grande parte das cargas e dos raios iónicos.
Uma rede de CaO (com cargas 2+ e 2-) vai fundir mais dificilmente do que a rede de NaCl (cargas 1+ e 1-).
Iões pequenos (distância interiónica é menor) criam redes mais fortes.
Normalmente, os sais têm pontos de fusão altos.

As redes metálicas também dependem das cargas (quantos electrões livres, carga dos iões) e da distância entre as partículas.
Existem grande diferenças entre os metais: Em geral, os metais têm redes fortes e, consequentemente, pontos de fusão altos.
Alguns excepções são: Mercúrio (l), Chumbo, Estanho, Lítio, Sódio, Potássio não têm redes muito fortes.
Extremamente fortes são as redes de Cromo, Wolfrámo e Vanádio (veja a tabela V)

2. AS FORÇAS VANDERWAALS

Nas redes molecularesexistem forças VanderWaals que dependem de:
  1. a contribuição de pontes de Hidrogénio
  2. a contribuição de átomos polares (com δ- ou δ+)
  3. as massas moleculares. (Moléculas grandes criam pontos de fusão mais altos do que moléculas pequenas).
Substâncias com redes moleculares não têm pontos de fusão altos.

Exercício 29
Pôr em ordem crescente dos pontos de fusão as seguintes substâncias:

Sal da cozinha, cloreto de potássio, bromo, água e cal viva.
Justifique a sua resposta.
resposta 05-29

Os pontos de ebulição dependem, em ordem de importância, dos seguintes factores:
  1. Forças polares (iões, dípolos); pontes de hidrogénio; moléculas com caracter polar têm atracção bastante e não se afastam tão facilmente umas das outras.
  2. Forças apolares (ou de indução), ou seja: forças ligadas com a massa molecular. As moléculas mais pesadas evaporam e fervem mais dificilmente.
  3. A forma espacial das moléculas. Partículas esféricas escapam mais facilmente das outras, do que partículas de forma linear.
Exercício 30
Pôr em ordem crescente dos pontos de ebulição as seguintes substâncias:
Água, nitrogénio, hexano, 2,3-dimetilbutano, glicerol.
resposta 05-30


Substâncias gasosas à temperatura ambiental, de modo geral, não têm – ou somente pouco - atracção polar, nem pontes de hidrogénio.

Exercício 31
Explique as características do gráfico:


N.B.-1 Mudanças de fase, de modo geral, não são consideradas reacções químicas; mas cuidado, nem sempre é possível distinguir tão bem entre fenómenos químicos e físicos.

N.B.-2 Também existem substâncias que não chegam a um ponto de fusão ou de ebulição. Antes de atingir o ponto de ebulição, começam já a decompor.

Exercício 32
Dá, com palávras, as equações das 'reacções':
  1. "fundir e ferver" açúcar
  2. decomposição de açúcar

Evaporação

Exercício 33
afirmação: Durante a evaporação do sólido I2 formam-se átomos de iodo.
É verdadeira ou falsa? Explique

Quando as partículas dum líquido recebem energia, ou mesmo as partículas numa rede dum sólido, por exemplo por aquecimento, aumentam movimento e vibrações das mesmas. A um certo ponto,as partículas ficam com tanto movimento que as forças de atracção já não conseguem ligar as partículas. As forças intermoleculars já não chegam para manter as partículas juntas. Separam-se umas das outros, afastam-se completamente, assim formando o estado gasoso.
Naquele estado gasoso as partículas encontram-se de vez em quando, chocam também com as paredes do recipiente (se houver), mas não consequem ficar juntas.
No caso de perder energia (arrefecer) ou sob influência de grande pressão, as partículas podem voltar para o estado líquido ou sólido.


3.3 Solubilidade

Exercício 34
Escolhe a resposta certa e explique a sua escolha:
A água não dissolve aspirina, porque:
  1. aspirina é um sólido e água é um líquido
  2. moléculas de aspirina não têm carácter polar
  3. a água não contém o ácido do estômago
  4. a aspirina tem Ponto de Fusão alto demais

composto iónico que dissolve em água: Cloreto de Sódio

Na+ Cl- Na+ Cl- Na+
Cl- Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+ Cl- Na+ Cl- Na+
Cl- Na+ Cl- Na+ Cl-
Na+ Cl- Na+ Cl- Na+
Cl- Na+ Cl- Na+ Cl-


Caso um tal cristal entra na água, aqueles iões Na+ e Cl- que escapam da rede iónica, logo são arredondados por moléculas de água (forças de atracção polar).

A atracção entre os iões Na+ e Cl- não chega para eles voltarem para dentro da rede.

Trata-se aqui dum sal solúvel em água.

Outros iões, mais pequenos ou com mais carga, podem ter atracção suficiente para voltar, assim apresentando um sal insolúvel em água.



mistura heterogénea: (um exemplo: óleo + água.

As moléculas polares da água atraem-se fortemente enquanto que as moléculas apolares do óleo não conseguem misturar com aquelas moléculas polares.
Também as apolares têm sua atracção entre si próprio.

Regra geral:
  1. substâncias polares atraem substâncias polares (P.e., açúcar dissolve em água)
  2. substâncias não-polares atraem substâncias não-polares (por exemplo, gordura em gasolina)
  3. substâncias polares não misturam com substâncias não-polares (por exemplo, água e óleo)


Exercício 35
Compare os dois gráficos e tire suas conclusões (S = solubilidade)
A esquerda, um sólido é dissolvido num líquido
A direita, um gás é dissolvido nom líquido


3.4 Condutibilidade

A matéria, seja uma substância pura ou uma mistura, pode conduzir corrente eléctrica quando existem partículas carregadas com mobilidade suficiente. As cargas devem ter uma liberdade de mover.

Exercício 36
Explique porque é que as seguintes substâncias conduzem corrente eléctrica:
  1. Todos os metais
  2. Grafite
  3. Soluções com iões
  4. Sais fundidos
Nem todas as substâncias e misturas conduzem de igual maneira. A condutibilidade depende não só do número das partículas carregadas presentes, mas também da mobilidade deles.

Assim, uma solução concentrada conduz melhor do que uma solução muito diluída. E iões grandes têm menos mobilidade do que iões pequenos, portanto, os pequenos conduzem melhor.
n.b.: Há outras influências; por exemplo, um ião pode ser hidratado que pode diminuir a sua mobilidade.

Soluções com pH baixo (contendo iões H3O+) conduzem muito melhor do que é de esperar pela presença destes iões. Aqui existe um mecanismo especial em que o protão (H+) rapidamente é transferido de uma molécula para a outra molécula de água.

Exercício 37
As seguintes substâncias conduzem? Explique a sua resposta.

Cloreto de cálcio (s); chumbo(l); água(l); gelo(s); sal da cozinha(aq); diamante; óleo.
resposta 05-37


3.5 Dureza das substâncias

Os sólidos têm uma dureza que pode variar de pouca até grande dureza, dependente da sua estrutura tridimensional e as forças que se responsabilizam por esta estrutura.
Quanto mais carácter iónica, mais dura a estrutura. Redes iónicas não têm a opção para as partículas de mover internamente.
Redes metálicas têm movimento dos electrões de valência (electões livres); mas os iões dos metais ficam, de modo geral, no seu lugar, mais ou menos vibrando. Existem metais mais ou menos duros.
A substância mais dura é diamante que tem uma rede atómica: todos os átomos de Carbono ficam ligados a 4 outros átomos de C, assim criando uma situação em que um diamante, de facto, pode ser considerada uma molécula gigante com apenas ligações covalentes polares.

Substâncias polímeras são constituídas por macromoléculas que podem ser interligadas entre si.
No caso de criar uma certa rede tridimensional, o polímero terá mais um carácter duro e é chamado um termofixo; os outros sem interligações ficam com flexibilidade e são chamadas termoplastos.


3.6 Água cristalina, hidratação

Substâncias higroscópicas absorvem facilmente água da atmosfera e são utilizadas como agentes de secagem (dessecantes). A maior parte das substâncias higroscópicas são sais que podem incluir moléculas de água dentro das suas redes ionicas. Mesmo depois de absorver água, ficam sólidos.

Exemplos são: sulfato de cobre(II), cloreto de cálcio, carbonato de sódio, e muitos outros. Além dos sais, conhecemos o pentóxido de difósforo (P2O5).

Exercício 38
Sulfato de cobre(II) desidrato usamos para provar a presença de pequenas quantidades de água em qualquer mistura.
Explique as observações que podem ser feitas.

gesso, cimento, tijolos

O gesso tem a fórmula (CaSO4)2.H2O e pode captar mais água cristalina ao misturar o gesso com água(l):

(CaSO4)2.H2O(s) +  3H2O(l) 2CaSO4.2H2O(s)

A matéria prima do cimento é uma mistura de carbonato de cálcio + óxidos de alumínio e silício; a mistura é bem aquecida e o carbonato torna se óxido de cálcio, CaO.
A temperaturas de 1500oC decorrem reacções entre todos os óxidos formando sais como silicates e aluminates de cálcio, muitas vezes na presença de ferro.
A matéria resultando é moída assim formando Portland Cement.
O cimento é muito higroscópico, formando com água(l) uma mistura (massa) que dentro de umas horas torna-se extremamente dura.

Água é o composto que encontramos a mais na nossa terra.
Depois da água, é a areia que existe em grande abundância, com o componente mais importante de SiO2.
Os outros componentes são, por exemplo, compostos com ferro (fazendo a cor específica da areia) e compostos de Alumínio. Além do óxido de silício existem muitos silicates no solo.

Matope (barro) contém aluminiosilicates, i.é, compostos de silicates nos quais uma parte dos átomos de silício são substituídos por átomos de alumínio.
Matope tem uma estrutura folhada: as folhas, formadas por macromoléculas, têm uma estrutura bidimensional, e, na presença de água, podem mover facilmente umas por cima das outras.
Só que, no caso de aquecimento forte, todas moléculas de água desaparecem, as folhas aproximam-se e ficam muito pertos e formam ligações tridimensionais; forma-se uma massa muito dura: a cerâmica em várias qualidades.





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