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QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA Josemere Both estudo terá como base substâncias iônicas e moleculares puras e seu comportamento quando misturadas com água Para finalizar você co nhecerá outras propriedades macroscópicas das substâncias que são úteis para diferenciar substâncias puras de misturas Comportamento de substâncias puras em campos elétricos A propriedade de combinarse com outros elementos para formar compostos é comum a quase todos os elementos químicos embora nem todas as com binações sejam possíveis O sódio Na por exemplo reage intensamente com o cloro Cl para formar o cloreto de sódio o sal de cozinha O oxigênio elementar O reage com outro oxigênio para existir na forma mais estável como substância O2 presente no ar Essa união dos átomos ocorre por ligações químicas As substâncias iônicas são formadas por ligações químicas iônicas resul tantes em geral da reação entre átomos de metais com não metais Nessa situação os átomos trocam elétrons entre si ao reagirem formando partículas eletricamente carregadas chamadas de íons CHANG GOLDSBY 2013 Para exemplificar podemos voltar a utilizar a reação entre o metal sódio com o não metal cloro Nessa reação o átomo de Na na forma elementar menos estável cede um elétron a um átomo de Cl também menos estável em sua forma elementar que assim ganha um elétron Podemos representar esse processo utilizando o símbolo e para o elétron Essa transferência ocorre para que ambos os átomos apresentem sua camada de valência com 8 elétrons Isso os torna mais estáveis quando combinados com outros átomos na sua forma de ânions ou cátions formando as substâncias O Na passa a estar carregado eletricamente com uma carga positiva Na e a ser chamado de cátion enquanto o cloro carregado eletricamente com carga negativa Cl é chamado de ânion Assim dizemos que o NaCl sólido é composto por cátion de sódio e ânion de cloreto As substâncias moleculares são formadas quando temos reação entre elementos não metálicos Ao contrário de um composto iônico os moleculares formam substâncias eletricamente Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 2 neutras Em outras palavras as substâncias moleculares compartilham elétrons pela ligação química covalente e nessa ligação não formam íons ou seja os átomos dos elementos químicos que formam a substâncias não possuem carga CHANG 2010 A ligação covalente em que os átomos compartilham elétrons pode ser representada utilizando a substância molecular água A substância é formada pela união de 2 átomos de hidrogênios com o oxigênio Nessa ligação cada hidrogênio compartilha 1 elétron com o oxigê nio que por sua vez compartilha 2 elétrons um com cada hidrogênio Esse compartilhamento de elétrons não gera íons os átomos apenas compartilham os elétrons para se tornarem estáveis com 8 e 2 elétrons na camada de valência para o oxigênio e o hidrogênio respectivamente formando uma substância molecular com átomos estáveis sem partículas carregadas eletricamente Os átomos que compõem as substâncias iônicas e moleculares se mantêm unidos por forças eletrostáticas ou seja atração entre íons de cargas opostas nos compostos iônicos e atração entre os elétrons compartilhados nas ligações covalentes ATKINS JONES 2011 Essas forças quando comparadas são fortes para as substâncias iônicas e mais fracas para as moleculares Como po demos observar a principal diferença entre substâncias iônicas e moleculares além do tipo de ligação química que une os átomos é a formação de partículas carregadas eletricamente que influenciará diretamente o comportamento elétrico das substâncias puras Substância pura Uma substância química é classificada como pura quando apresenta propriedades distintas e uma composição que não varia de uma amostra para outra O NaCl e o O2 são exemplos de substâncias puras Se analisarmos 5 g de NaCl ou 10 g de NaCl as propriedades e a composição não variam O mesmo ocorre com o oxigênio Entretanto as substâncias puras podem ser divididas em pura simples e pura composta ATKINS JONES 2011 A substância pura simples é a união de átomos do mesmo elemento químico como O2 O O em que dois átomos do elemento O estão ligados enquanto o NaCl é uma substância pura composta em que dois átomos diferentes estão ligados ou seja Na Cl 3 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Em estado sólido os compostos iônicos não são bons condutores de eletri cidade Isso acontece porque a condutividade elétrica implica a movimentação de partículas carregadas eletricamente ou seja a movimentação de cargas livres como cátions e ânions Em fase sólida as forças eletrostáticas atrativas não permitem a movimentação dos íons através de sua estrutura BRADY RUSSEL HOLUM 2002 Os compostos iônicos geralmente formam cristais com os íons organi zados de modo a tornar máximas as forças de atração entre íons de cargas opostas e mínimas as forças e a repulsão entre cargas de mesmo sinal jus tificando a alta força eletrostática A Figura 1 representa a organização do cristal de NaCl sólido Figura 1 a Estrutura do cloreto de sódio sólido NaCl b Na realidade os cátions estão em contato com os ânions Quer em a quer em b as esferas menores representam os íons Na e as esferas maiores os íons Cl c Cristais de NaCl sólido Fonte Chang e Goldsby 2013 p 54 a b c Se os íons tivessem mobilidade em estado sólido não seria possível observar a organização que um cristal tem Não podemos deslocar um bloco de íons que está em uma região do cristal através dos íons de uma região vizinha pois se realizamos isso íons de mesma carga entram em contato e se repe lem com a mesma intensidade de força que estavam se atraindo levando ao colapso da estrutura ATKINS JONES 2011 Essas forças fazem com que os sólidos iônicos sejam frágeis em virtude das atrações e repulsões serem fortes Podemos observar esse fenômeno na Figura 2 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 4 Figura 2 Representação da fragilidade dos sólidos iônicos Fonte Atkins e Jones 2011 p 60 a b c e d A sequência de imagens da Figura 2 mostra o exemplo da fragmentação de uma amostra de calcita CaCO3 bem como a causa de sua fragilidade O sólido original é um arranjo ordenado de cátions e ânions como apresentado na Figura 2a Um golpe de martelo pode empurrar os íons para posições em que os cátions se aproximam de outros cátions e os ânions de outros ânions Figura 2b fazendo com que a proximidade de cargas carregadas eletrica mente de mesmo sinal provoque fortes forças repulsivas mostradas pelas setas duplas Como resultado das forças repulsivas o sólido se fragmenta Figura 2c As faces lisas da amostra de calcita são feitas pelo arranjo regular de íons Ca2 cálcio e CO3 2 carbonato Figura 2d e o golpe de martelo fragmenta o cristal deixando superfícies chatas e regulares formadas por planos de íons Figura 2e No entanto se o sólido for fundido passagem do estado sólido para o líquido o cristal perde seu formato mas não as ligações iônicas entre os átomos Isso faz com que os íons adquiram grande mobilidade Assim podemos afirmar que as substâncias iônicas em fase líquida são bons con dutores elétricos 5 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Corrente elétrica No circuito a seguir o acendimento da lâmpada evidencia que está havendo pas sagem de corrente elétrica através do circuito formado por fios metálicos a pilha e a lâmpada Fonte Adaptada de yusufdemirciShutterstockcom Assim a corrente elétrica pode ser definida como o fluxo ordenado de cargas elétricas Os cientistas descobriram que a corrente elétrica que passa através de um metal como os fios de cobre do circuito consiste em um movimento ordenado de elétrons que possuem cargas elétricas negativas A passagem de corrente pelo filamento da lâmpada faz com que esse filamento se aqueça fique incandescente e consequen temente emita luz As substâncias moleculares puras possuem comportamento elétrico dife rente das substâncias iônicas Como as moléculas são neutras essas substâncias não conduzem corrente elétrica em fase sólida ou líquida Observando a estrutura das substâncias moleculares oxigênio O2 dióxido de carbono CO2 água H2O ácido clorídrico HCl e sacarose que é o composto principal do açúcar C12H22O11 todas são formadas por ligações covalentes sem a presença de partículas carregadas apenas com o compartilhamento de elétrons Por isso independentemente do estado sólido ou líquido não conduzirão corrente elétrica BRADY RUSSEL HOLUM 2002 Exemplos Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 6 Oxigênio O O Dióxido de carbono O C O Ácido clorídrico H Cl Água H O H Sacarose C12H22O11 Nesse momento é valido chamar a atenção para a substância água A água como encontramos na natureza não é composta apenas por H2O ou seja pura Nela estão dissolvidos vários minerais que se dissociam e formam íons livres Por isso a água como encontramos na natureza é um sistema composto por água e vários íons e por isso conduz corrente elétrica Entretanto se for água pura apenas átomos de hidrogênios ligados a oxigênios H2O não conduzirá corrente elétrica Assim podemos afirmar que substâncias iônicas conduzem corrente elétrica em estado líquido pois os íons presentes podem se mover livremente enquanto que em estado sólido as substâncias iônicas não conduzem eletricidade pois as forças eletrostáticas fortes impedem a movimentação dos íons carregados eletricamente Por fim as substâncias moleculares puras não possuem par tículas carregadas eletricamente ou seja não são formadas por íons logo não vão alterar seu comportamento quando submetidas a um campo elétrico Características de misturas em campos elétricos A maioria das substâncias que encontramos na natureza consiste em misturas de diferentes substâncias Cada substância em uma mistura mantém sua própria identidade química e consequentemente suas propriedades Enquanto as substâncias puras possuem composições fixas as composições das misturas podem variar Isso se justifica porque quando misturamos uma sustância iônica como o NaCl e outra substância molecular como H2O podemos ter pouco ou bastante sal na mistura Quando essa mistura apresenta a mesma composi ção propriedades e aparência por todas as partes são formadas as soluções químicas chamadas de soluções homogêneas Caso a mistura não apresente aspecto uniforme são chamadas de heterogêneas ou seja apresentam duas ou mais fases BROWN LEMAY JÚNIOR BURSTEN 2005 Nesse tópico vamos estudar o comportamento elétrico das misturas homogêneas de substâncias especificamente como se comportam as subs tâncias iônicas e moleculares dissolvidas em água quando aplicado um campo elétrico 7 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares No tópico anterior você aprendeu que a água pura não conduz eletricidade Isso acontece porque a água consiste em moléculas neutras que são incapazes de transportar carga elétrica Entretanto quando uma substância iônica é dis solvida em água como o NaCl ou ainda o sulfato de cobre CuSO4 ocorre o processo de dissociação Podemos explicar o processo de dissociação da seguinte forma quando colocamos uma quantidade de CuSO4 em água as moléculas de H2O atraem os íons cobre Cu2 e sulfato SO4 2 deslocandoos de suas posições iniciais desfazendo a estrutura do cristal Isso possibilita que as moléculas de H2O interajam com as substâncias iônicas quebrando a ligação química formando íons Cu2 e SO4 2 livres em água ATKINS JONES 2011 O mesmo processo ocorre para a substância NaCl em água As moléculas de água atraem os íons de sódio Na e cloreto Cl localizados na superfície do cristal Esse pequeno deslocamento retira esses íons da posição inicial desfazendo sua estabilidade Isso possibilita que as moléculas de água que cercam o cristal associemse a esses íons e os afastem do cristal O processo é repetido até que o sólido cristalino se desfaça Quando o cristal se dissolve completamente o sistema formado assume aspecto homogêneo As equações de dissociação do CuSO4 e NaCl podem ser escritas da se guinte forma CuSO4s H2Ol Cu2 aq SO4 2 aq H2Ol NaCls H2Ol Na aq Cl aq H2Ol Quando são formadas misturas com a presença de íons livres em água essas misturas passam a ser condutoras de corrente elétrica e os solutos dissolvidos são chamados de eletrólitos Sua habilidade em conduzir eletricidade sugere a presença de partículas carregadas que podem se mover através da solução A explicação geralmente aceita é a de que quando uma substância iônica se dissolve em água os íons se separam e se comportam como partículas independentes cercadas por moléculas do solvente Essa liberdade dos íons é o que possibilita a condução de eletricidade BRADY RUSSEL HOLUM 2002 Em alguns casos esse comportamento de dissociação é previsível como por exemplo nos cloretos dos metais dos grupos 1 2 e do bloco d da tabela periódica que são solúveis em água em temperatura ambiente Uma mistura de substância molecular em água pode apresentar dois com portamentos Quando misturamos açúcar comum sacarose C12H22O11 que é um composto molecular formado por ligações covalentes entre oxigênio carbono e hidrogênio com água ele é dissolvido e as interações entre as moléculas de açúcar são substituídas pela interação entre as moléculas de açúcar com Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 8 as de água Apesar de o retículo cristalino se desfazer as ligações covalentes entre os átomos em cada molécula de açúcar permanecem intactas e a solução obtida é denominada solução molecular Esse tipo de solução não conduz eletricidade pois o processo que ocorre é apenas o da dissolução em que as moléculas de açúcar são dispersas pelas moléculas de água e não ocorre a formação de íons livres como representado na Figura 3a Quando um soluto é dissolvido em água e não ocorre a formação de íons ele é chamado de não eletrólito BRADY RUSSEL HOLUM 2002 Figura 3 a Solução molecular b solução eletrolítica Fonte Adaptada de molekuulbeShutterstockcom ibreakstockShutterstockcom C12H22O11 H2O a b Íon H3O Íon Cl Entretanto alguns compostos moleculares quando misturados com água formam íons livres capazes de conduzir corrente elétrica Esse é o caso do ácido clorídrico HCl que é um composto molecular Quando dissolvido em água ocorre uma interação entre as moléculas de HCl e água A ligação covalente entre os átomos de hidrogênio e o átomo de cloro é rompida e ocorre a for mação dos íons Cl e H3O Esse processo é chamado de ionização A solução obtida denominada eletrolítica é capaz de conduzir eletricidade BRADY RUSSEL HOLUM 2002 A Figura 3b representa a solução eletrolítica com íons Cl e H3O A dissolução da sacarose em água e a ionização do HCl podem ser repre sentadas pelas seguintes equações químicas C12H22O11s H2Ol C12H22O11aq H2Ol HClll H2Ol Cl aq H3O aq 9 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Outras misturas de substâncias como a gasolina que é misturada a uma quantidade de álcool para ser utilizada em automóveis ou ainda o álcool etílico quando misturado em água não conduzirão corrente elétrica A mistura de gasolina e álcool não conduz corrente elétrica pois ambas as substâncias são compostos moleculares que não possuem partículas carregadas eletricamente e isso as torna um isolante elétrico Já na mistura de álcool e água o álcool apenas é dissolvido em água e não ocorre o rompimento das ligações quími cas logo não há formação de íons e não ocorre a condução de eletricidade As misturas de substâncias iônicas se estiverem em estado sólido como se misturarmos CuSO4 e NaCl não conduzirão corrente elétrica Entretanto se os sais forem fundidos passarão a conduzir corrente elétrica por apresentarem íons livres na mistura Perceba que nas misturas de substâncias a explicação para a condução ou não de corrente elétrica segue o mesmo princípio de quando as substâncias são dissolvidas em água É importante ressaltar que as misturas não possuem fórmula química pois apenas formam um sistema em que duas ou mais substâncias são misturadas e podem formar soluções Assim podemos concluir que substâncias iônicas conduzem corrente elétrica em água enquanto as substâncias moleculares conduzirão eletricidade apenas quando as ligações covalentes forem rompidas favorecendo a formação de íons livres em água Podemos generalizar isso para o caso das misturas Quando é formada por duas ou mais substâncias moleculares que não formam íons a mistura não conduzirá eletricidade Já as misturas de substâncias iônicas em estado líquido conduzirão corrente elétrica pois possuem íons livres em solução Entretanto em estado sólido as misturas não conduzem eletricidade Para finalizar esse tópico quando a substância seja iônica ou molecular não conduz corrente elétrica ela é chamada de isolante elétrico Testando a corrente elétrica em soluções Utilizando uma montagem como a que vemos no esquema a seguir com um par de eletrodos que podem ser mergulhados em um recipiente podemos testar a condutividade elétrica das substâncias sejam elas iônicas moleculares ou misturas como as soluções Um dos eletrodos é ligado a uma lâmpada elétrica de baixa voltagem para indicar quando acesa a passagem de corrente elétrica no circuito Quando essa montagem é utilizada para verificar a condutividade de sais em estado sólido a lâmpada Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 10 permanece apagada No entanto se fundirmos o sal a lâmpada começará a brilhar assim que os íons do sal adquirirem mobilidade Esse mesmo fenômeno ocorre para substâncias moleculares puras mas a lâmpada não se acenderá em estado sólido nem em estado líquido devido à falta de formação de íons Eletrólitos Também podese utilizar essa montagem para demonstrar que misturas de subs tâncias como as soluções aquosas de compostos iônicos e moleculares ionizantes conduzem eletricidade Se mergulharmos o eletrodo em água pura destilada a lâm pada não acenderá devido à falta de partículas carregadas eletricamente Contudo ao dissolver um sal na água do recipiente podemos observar que a solução assim formada permite com facilidade a passagem de corrente elétrica O mesmo ocorre para as substâncias moleculares ionizantes Caso a solução formada pela substância molecular em água não forme íons a solução não conduzirá eletricidade A seguir são representadas algumas características das substâncias iônicas e moleculares puras e misturas abordadas neste capítulo Eletrólitos Eletrólitos Eletrólitos Eletrólitos NaCl em água Açúcar em água HCl em água Água destilada Fonte Adaptada de yarunaShutterstockcom 11 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Propriedades macroscópicas das substâncias As propriedades macroscópicas das substâncias são ponto de fusão ponto de ebulição solubilidade e densidade das substâncias Em outras palavras as propriedades macroscópicas são as transformações que podem ser vistas a olho nu ou enxergadas no dia a dia BROWN LEMAY JÚNIOR BURSTEN 2005 Vamos começar conhecendo o ponto de fusão e de ebulição das substâncias Os pontos de fusão e ebulição são propriedades físicas das substâncias que permitem identificálas ou então diferenciálas umas das outras Essas propriedades estão relacionadas com os estados físicos de agregação da matéria Os principais estados de agregação são sólido líquido e vapor O ponto de fusão é uma temperatura característica na qual determinada substância sofre fusão durante o aquecimento ou solidificação durante o resfriamento Já o ponto de ebulição é uma temperatura característica na qual determinada substância sofre ebulição durante o aquecimento ou condensação durante o resfriamento ATKINS JONES 2011 As substâncias puras apresentam ponto de ebulição e ponto de fusão de finidos podendo variar apenas em relação à pressão atmosférica do lugar em que a substância se encontra Podemos observar o estado físico de uma substância pura utilizando um diagrama de fases Figura 4 Figura 4 Diagramas de fases do dióxido de carbono Fonte Adaptada de magnetixShutterstock Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 12 O diagrama representa o comportamento do dióxido de carbono em diferen tes temperaturas e pressões Dependendo das condições em que se encontra a substância estará em estado gasoso líquido ou sólido Por exemplo a tempe ratura de 31ºC e pressão de 5185 bar equivalente a 5117 atm atmosferas o dióxido de carbono vai estar em estado físico gasoso Podemos utilizar ainda o diagrama para prever os pontos de fusão e ebulição Qualquer ponto que for marcado sobre a linha de fusão ou ebulição vai representar as temperaturas que a substância passa do estado sólido para o líquido ponto de fusão e do estado líquido para vapor ponto de ebulição à determinada pressão Esses valores variam para cada substância pura As misturas de substâncias não apresentam pontos definidos de temperatura de fusão e ebulição pois não obedecem a um padrão de mistura Quando é misturado água e sal mesmo tendo uma ou quatro colheres de sal dissolvidas em água isso resultará na alteração de ponto de fusão e ebulição da mistura ATKINS JONES 2011 Entretanto observando gráficos de aquecimento ou resfriamento de substâncias podemos diferenciar as substâncias puras de uma mistura A Figura 5 representa curvas de aquecimento de substância pura e mistura Figura 5 Curva de aquecimento de uma substância pura a e mistura b Peb ponto de ebulição Pf ponto de fusão a b Temperatura Peb Pf Tempo Estado sólido Estado líquido Estado gasoso Líquido vapor Sólido líquido Temperatura Peb Pf Tempo Sólido líquido Líquido vapor A Figura 5a representa o comportamento de uma substância pura como a água quando aquecida seu estado de agregação se altera Quando passa pelos processos de fusão e ebulição a temperatura permanece constante até 13 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares que todo o sólido tenha passado para o estado líquido ou todo líquido tenha se transformado em vapor Observe que a temperatura se mantém constante e nesse momento estão presentes no sistema os dois estados físicos corres pondentes Em comparação as misturas de substâncias Figura 5b como água e sal quando aquecidas não mantêm estável a temperatura nos processos de fusão e ebulição apenas diminui a intensidade da elevação da temperatura mas continua a subir coexistindo também os dois estados físicos das subs tâncias Podemos dizer que o processo de fusão e ebulição de uma mistura é representado por uma faixa de temperatura e não apenas por um ponto Essa é uma característica muito utilizada para diferenciar as substâncias puras das misturas O que confere diferentes pontos de ebulição entre as substâncias puras é a atração eletrostática ou seja a força que mantém os átomos unidos As substâncias iônicas possuem forças eletrostáticas mais fortes que as substâncias moleculares Essa característica faz com que as substâncias iônicas apresentem temperaturas de ponto de fusão e ebulição muito mais altas que os compostos moleculares ATKINS JONES 2011 Por isso compostos iônicos como NaCl e CuSO4 são sólidos à temperatura ambiente 25ºC e 1 atm Já substâncias moleculares como HCl H2O e C12H22O11 são encontradas como gás líquido e sólido à temperatura ambiente respectivamente Cada substância pura seja simples ou composta também possui a carac terística de solubilidade específica que depende da natureza do solvente e do soluto Podemos definir como solubilidade a quantidade máxima de soluto que podemos dissolver em um solvente à determinada temperatura A solubilidade é obtida experimentalmente e sua variação com a temperatura pode ser repre sentada em gráficos ou curvas de solubilidade CHANG GOLDSBY 2013 A Figura 6 representa a curva de solubilidade de NaCl e nitrato de potássio KNO3 em função da temperatura em 100 g de água Podemos observar algumas solubilidades em KNO3 A solubilidade máxima desse sal em temperatura de 60ºC é 112 g100 g de H2O e em temperatura de 0ºC é 121 g100 g de H2O Já o NaCl nessas mesmas temperaturas apresenta solubilidade menor para 60ºC de 38 g100 g de H2O e maior para 0ºC com 342 g100 g de H2O Quando dissolvemos o valor máximo de soluto em água chamamos a solução formada de solução saturada e o valor em gramas de soluto dissolvido de coeficiente de solubilidade Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 14 Figura 6 Curva de solubilidade de algumas substâncias Fonte Chang e Goldsby 2013 p 530 150 112 g100 g H2O KNO3 38 g100 g H2O NaCl 50 100 Solubilidade g soluto100 g H2O 342 g100 g H2O 121 g100 g H2O 20 0 40 60 80 100 Temperatura C Em geral as substâncias iônicas são solúveis em água e em solventes com características polares As moleculares também obedecem a regra que seme lhante dissolve semelhante assim substâncias moleculares que apresentarem características polares serão solúveis em água e em outros solventes polares enquanto substâncias moleculares apolares não serão solúveis em água mas em outro solvente apolar ATKINS JONES 2011 Como as misturas são caracterizadas por conter duas ou mais substâncias no mesmo sistema elas obedecem a mesma relação de semelhante dissolve semelhante formando as soluções homogêneas 15 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Por fim a densidade das substâncias assim como as demais características é própria para cada substância Essa característica é uma grandeza que rela ciona a massa de determinada substância com o volume que ocupa BROWN LEMAY JÚNIOR BURSTEN 2005 Ela pode ser expressa pela divisão da massa pelo volume como segue A unidade de densidade no SI é o quilograma por metro cúbico Kgm3 mas também pode ser expressa em grama por centímetro cúbico gcm3 e em gramas por mililitro gmL Essa característica também depende da temperatura pois os materiais sofrem contração ou dilatação de seu volume com variações de temperatura Assim é adequado indicar a temperatura em que foi realizada a medição Vamos ao exemplo Considere que a massa de 100 g de água ocupa 100 mL do volume de um recipiente à temperatura de 25ºC Para saber qual é a densidade da água aplicamos a fórmula matemática que relaciona as grandezas Assim a densidade da água é 1 gmL Podemos utilizar a densidade da substância para prever qual é o volume que determi nada massa ocupará Sabendo que a densidade da água é 1 gmL qual será o volume ocupado por 500 g de água na mesma temperatura anterior Aplicando na fórmula O volume ocupado por 500 g de água em temperatura de 25ºC é de 500 mL Também podemos calcular a massa presente em determinado volume de água Vamos considerar que um recipiente de 500 mL está cheio com água em estado sólido Qual é a massa de água que o recipiente comporta à temperatura de 0ºC sabendo que a densidade da água é 092 gmL Aplicando na fórmula Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 16 Observe que a água em estado sólido possui uma densidade menor que em seu estado líquido logo a capacidade em massa será menor Podemos representar a relação massa e volume observando a figura a seguir Densidade baixa Densidade alta Fonte Adaptada de DesignuaShutterstockcom Ambos os cubos possuem o mesmo volume entretanto o que possui maior den sidade vai conter maior quantidade de matéria massa ocupando o mesmo espaço que o outro com menor quantidade de matéria O mesmo ocorre com a água Con siderando o mesmo volume a água em estado líquido é mais densa que a água em estado sólido Isso se deve à forma como as moléculas de água se organizam pois em estado sólido no mesmo espaço caberão menos moléculas quando comparado ao estado líquido A desorganização das moléculas de água em estado líquido justifica sua maior densidade fazendo com que o gelo que é menos denso por possuir maior organização das moléculas e menor massa fique na superfície de um copo quando misturado à água líquida No link a seguir você vai poder acompanhar o estudo das características das subs tâncias por meio de um vídeo que torna mais prático e sistemático o aprendizado PROPRIEDADES 201 httpsgooglHqB1BC 17 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares ATKINS P W JONES L Princípios de química questionando a vida moderna e o meio ambiente 5 ed Porto Alegre Bookman 2011 BRADY J E RUSSEL J W HOLUM J R Química a matéria e suas transformações 3 ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2002 BROWN T L LEMAY JÚNIOR H E BURSTEN B E Química a ciência central 9 ed Rio de Janeiro Pearson Education 2005 CHANG R Química geral conceitos essenciais 4 ed Porto Alegre AMGH 2010 CHANG R GOLDSBY K Química 11 ed Porto Alegre AMGH 2013 PROPRIEDADES gerais da matéria Videoaula ministrada por Guilherme Marson São Paulo 201 1 vídeo 46min47s Disponível em httpsgooglHqB1BC Acesso em 25 out 2018 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 18
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QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA Josemere Both estudo terá como base substâncias iônicas e moleculares puras e seu comportamento quando misturadas com água Para finalizar você co nhecerá outras propriedades macroscópicas das substâncias que são úteis para diferenciar substâncias puras de misturas Comportamento de substâncias puras em campos elétricos A propriedade de combinarse com outros elementos para formar compostos é comum a quase todos os elementos químicos embora nem todas as com binações sejam possíveis O sódio Na por exemplo reage intensamente com o cloro Cl para formar o cloreto de sódio o sal de cozinha O oxigênio elementar O reage com outro oxigênio para existir na forma mais estável como substância O2 presente no ar Essa união dos átomos ocorre por ligações químicas As substâncias iônicas são formadas por ligações químicas iônicas resul tantes em geral da reação entre átomos de metais com não metais Nessa situação os átomos trocam elétrons entre si ao reagirem formando partículas eletricamente carregadas chamadas de íons CHANG GOLDSBY 2013 Para exemplificar podemos voltar a utilizar a reação entre o metal sódio com o não metal cloro Nessa reação o átomo de Na na forma elementar menos estável cede um elétron a um átomo de Cl também menos estável em sua forma elementar que assim ganha um elétron Podemos representar esse processo utilizando o símbolo e para o elétron Essa transferência ocorre para que ambos os átomos apresentem sua camada de valência com 8 elétrons Isso os torna mais estáveis quando combinados com outros átomos na sua forma de ânions ou cátions formando as substâncias O Na passa a estar carregado eletricamente com uma carga positiva Na e a ser chamado de cátion enquanto o cloro carregado eletricamente com carga negativa Cl é chamado de ânion Assim dizemos que o NaCl sólido é composto por cátion de sódio e ânion de cloreto As substâncias moleculares são formadas quando temos reação entre elementos não metálicos Ao contrário de um composto iônico os moleculares formam substâncias eletricamente Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 2 neutras Em outras palavras as substâncias moleculares compartilham elétrons pela ligação química covalente e nessa ligação não formam íons ou seja os átomos dos elementos químicos que formam a substâncias não possuem carga CHANG 2010 A ligação covalente em que os átomos compartilham elétrons pode ser representada utilizando a substância molecular água A substância é formada pela união de 2 átomos de hidrogênios com o oxigênio Nessa ligação cada hidrogênio compartilha 1 elétron com o oxigê nio que por sua vez compartilha 2 elétrons um com cada hidrogênio Esse compartilhamento de elétrons não gera íons os átomos apenas compartilham os elétrons para se tornarem estáveis com 8 e 2 elétrons na camada de valência para o oxigênio e o hidrogênio respectivamente formando uma substância molecular com átomos estáveis sem partículas carregadas eletricamente Os átomos que compõem as substâncias iônicas e moleculares se mantêm unidos por forças eletrostáticas ou seja atração entre íons de cargas opostas nos compostos iônicos e atração entre os elétrons compartilhados nas ligações covalentes ATKINS JONES 2011 Essas forças quando comparadas são fortes para as substâncias iônicas e mais fracas para as moleculares Como po demos observar a principal diferença entre substâncias iônicas e moleculares além do tipo de ligação química que une os átomos é a formação de partículas carregadas eletricamente que influenciará diretamente o comportamento elétrico das substâncias puras Substância pura Uma substância química é classificada como pura quando apresenta propriedades distintas e uma composição que não varia de uma amostra para outra O NaCl e o O2 são exemplos de substâncias puras Se analisarmos 5 g de NaCl ou 10 g de NaCl as propriedades e a composição não variam O mesmo ocorre com o oxigênio Entretanto as substâncias puras podem ser divididas em pura simples e pura composta ATKINS JONES 2011 A substância pura simples é a união de átomos do mesmo elemento químico como O2 O O em que dois átomos do elemento O estão ligados enquanto o NaCl é uma substância pura composta em que dois átomos diferentes estão ligados ou seja Na Cl 3 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Em estado sólido os compostos iônicos não são bons condutores de eletri cidade Isso acontece porque a condutividade elétrica implica a movimentação de partículas carregadas eletricamente ou seja a movimentação de cargas livres como cátions e ânions Em fase sólida as forças eletrostáticas atrativas não permitem a movimentação dos íons através de sua estrutura BRADY RUSSEL HOLUM 2002 Os compostos iônicos geralmente formam cristais com os íons organi zados de modo a tornar máximas as forças de atração entre íons de cargas opostas e mínimas as forças e a repulsão entre cargas de mesmo sinal jus tificando a alta força eletrostática A Figura 1 representa a organização do cristal de NaCl sólido Figura 1 a Estrutura do cloreto de sódio sólido NaCl b Na realidade os cátions estão em contato com os ânions Quer em a quer em b as esferas menores representam os íons Na e as esferas maiores os íons Cl c Cristais de NaCl sólido Fonte Chang e Goldsby 2013 p 54 a b c Se os íons tivessem mobilidade em estado sólido não seria possível observar a organização que um cristal tem Não podemos deslocar um bloco de íons que está em uma região do cristal através dos íons de uma região vizinha pois se realizamos isso íons de mesma carga entram em contato e se repe lem com a mesma intensidade de força que estavam se atraindo levando ao colapso da estrutura ATKINS JONES 2011 Essas forças fazem com que os sólidos iônicos sejam frágeis em virtude das atrações e repulsões serem fortes Podemos observar esse fenômeno na Figura 2 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 4 Figura 2 Representação da fragilidade dos sólidos iônicos Fonte Atkins e Jones 2011 p 60 a b c e d A sequência de imagens da Figura 2 mostra o exemplo da fragmentação de uma amostra de calcita CaCO3 bem como a causa de sua fragilidade O sólido original é um arranjo ordenado de cátions e ânions como apresentado na Figura 2a Um golpe de martelo pode empurrar os íons para posições em que os cátions se aproximam de outros cátions e os ânions de outros ânions Figura 2b fazendo com que a proximidade de cargas carregadas eletrica mente de mesmo sinal provoque fortes forças repulsivas mostradas pelas setas duplas Como resultado das forças repulsivas o sólido se fragmenta Figura 2c As faces lisas da amostra de calcita são feitas pelo arranjo regular de íons Ca2 cálcio e CO3 2 carbonato Figura 2d e o golpe de martelo fragmenta o cristal deixando superfícies chatas e regulares formadas por planos de íons Figura 2e No entanto se o sólido for fundido passagem do estado sólido para o líquido o cristal perde seu formato mas não as ligações iônicas entre os átomos Isso faz com que os íons adquiram grande mobilidade Assim podemos afirmar que as substâncias iônicas em fase líquida são bons con dutores elétricos 5 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Corrente elétrica No circuito a seguir o acendimento da lâmpada evidencia que está havendo pas sagem de corrente elétrica através do circuito formado por fios metálicos a pilha e a lâmpada Fonte Adaptada de yusufdemirciShutterstockcom Assim a corrente elétrica pode ser definida como o fluxo ordenado de cargas elétricas Os cientistas descobriram que a corrente elétrica que passa através de um metal como os fios de cobre do circuito consiste em um movimento ordenado de elétrons que possuem cargas elétricas negativas A passagem de corrente pelo filamento da lâmpada faz com que esse filamento se aqueça fique incandescente e consequen temente emita luz As substâncias moleculares puras possuem comportamento elétrico dife rente das substâncias iônicas Como as moléculas são neutras essas substâncias não conduzem corrente elétrica em fase sólida ou líquida Observando a estrutura das substâncias moleculares oxigênio O2 dióxido de carbono CO2 água H2O ácido clorídrico HCl e sacarose que é o composto principal do açúcar C12H22O11 todas são formadas por ligações covalentes sem a presença de partículas carregadas apenas com o compartilhamento de elétrons Por isso independentemente do estado sólido ou líquido não conduzirão corrente elétrica BRADY RUSSEL HOLUM 2002 Exemplos Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 6 Oxigênio O O Dióxido de carbono O C O Ácido clorídrico H Cl Água H O H Sacarose C12H22O11 Nesse momento é valido chamar a atenção para a substância água A água como encontramos na natureza não é composta apenas por H2O ou seja pura Nela estão dissolvidos vários minerais que se dissociam e formam íons livres Por isso a água como encontramos na natureza é um sistema composto por água e vários íons e por isso conduz corrente elétrica Entretanto se for água pura apenas átomos de hidrogênios ligados a oxigênios H2O não conduzirá corrente elétrica Assim podemos afirmar que substâncias iônicas conduzem corrente elétrica em estado líquido pois os íons presentes podem se mover livremente enquanto que em estado sólido as substâncias iônicas não conduzem eletricidade pois as forças eletrostáticas fortes impedem a movimentação dos íons carregados eletricamente Por fim as substâncias moleculares puras não possuem par tículas carregadas eletricamente ou seja não são formadas por íons logo não vão alterar seu comportamento quando submetidas a um campo elétrico Características de misturas em campos elétricos A maioria das substâncias que encontramos na natureza consiste em misturas de diferentes substâncias Cada substância em uma mistura mantém sua própria identidade química e consequentemente suas propriedades Enquanto as substâncias puras possuem composições fixas as composições das misturas podem variar Isso se justifica porque quando misturamos uma sustância iônica como o NaCl e outra substância molecular como H2O podemos ter pouco ou bastante sal na mistura Quando essa mistura apresenta a mesma composi ção propriedades e aparência por todas as partes são formadas as soluções químicas chamadas de soluções homogêneas Caso a mistura não apresente aspecto uniforme são chamadas de heterogêneas ou seja apresentam duas ou mais fases BROWN LEMAY JÚNIOR BURSTEN 2005 Nesse tópico vamos estudar o comportamento elétrico das misturas homogêneas de substâncias especificamente como se comportam as subs tâncias iônicas e moleculares dissolvidas em água quando aplicado um campo elétrico 7 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares No tópico anterior você aprendeu que a água pura não conduz eletricidade Isso acontece porque a água consiste em moléculas neutras que são incapazes de transportar carga elétrica Entretanto quando uma substância iônica é dis solvida em água como o NaCl ou ainda o sulfato de cobre CuSO4 ocorre o processo de dissociação Podemos explicar o processo de dissociação da seguinte forma quando colocamos uma quantidade de CuSO4 em água as moléculas de H2O atraem os íons cobre Cu2 e sulfato SO4 2 deslocandoos de suas posições iniciais desfazendo a estrutura do cristal Isso possibilita que as moléculas de H2O interajam com as substâncias iônicas quebrando a ligação química formando íons Cu2 e SO4 2 livres em água ATKINS JONES 2011 O mesmo processo ocorre para a substância NaCl em água As moléculas de água atraem os íons de sódio Na e cloreto Cl localizados na superfície do cristal Esse pequeno deslocamento retira esses íons da posição inicial desfazendo sua estabilidade Isso possibilita que as moléculas de água que cercam o cristal associemse a esses íons e os afastem do cristal O processo é repetido até que o sólido cristalino se desfaça Quando o cristal se dissolve completamente o sistema formado assume aspecto homogêneo As equações de dissociação do CuSO4 e NaCl podem ser escritas da se guinte forma CuSO4s H2Ol Cu2 aq SO4 2 aq H2Ol NaCls H2Ol Na aq Cl aq H2Ol Quando são formadas misturas com a presença de íons livres em água essas misturas passam a ser condutoras de corrente elétrica e os solutos dissolvidos são chamados de eletrólitos Sua habilidade em conduzir eletricidade sugere a presença de partículas carregadas que podem se mover através da solução A explicação geralmente aceita é a de que quando uma substância iônica se dissolve em água os íons se separam e se comportam como partículas independentes cercadas por moléculas do solvente Essa liberdade dos íons é o que possibilita a condução de eletricidade BRADY RUSSEL HOLUM 2002 Em alguns casos esse comportamento de dissociação é previsível como por exemplo nos cloretos dos metais dos grupos 1 2 e do bloco d da tabela periódica que são solúveis em água em temperatura ambiente Uma mistura de substância molecular em água pode apresentar dois com portamentos Quando misturamos açúcar comum sacarose C12H22O11 que é um composto molecular formado por ligações covalentes entre oxigênio carbono e hidrogênio com água ele é dissolvido e as interações entre as moléculas de açúcar são substituídas pela interação entre as moléculas de açúcar com Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 8 as de água Apesar de o retículo cristalino se desfazer as ligações covalentes entre os átomos em cada molécula de açúcar permanecem intactas e a solução obtida é denominada solução molecular Esse tipo de solução não conduz eletricidade pois o processo que ocorre é apenas o da dissolução em que as moléculas de açúcar são dispersas pelas moléculas de água e não ocorre a formação de íons livres como representado na Figura 3a Quando um soluto é dissolvido em água e não ocorre a formação de íons ele é chamado de não eletrólito BRADY RUSSEL HOLUM 2002 Figura 3 a Solução molecular b solução eletrolítica Fonte Adaptada de molekuulbeShutterstockcom ibreakstockShutterstockcom C12H22O11 H2O a b Íon H3O Íon Cl Entretanto alguns compostos moleculares quando misturados com água formam íons livres capazes de conduzir corrente elétrica Esse é o caso do ácido clorídrico HCl que é um composto molecular Quando dissolvido em água ocorre uma interação entre as moléculas de HCl e água A ligação covalente entre os átomos de hidrogênio e o átomo de cloro é rompida e ocorre a for mação dos íons Cl e H3O Esse processo é chamado de ionização A solução obtida denominada eletrolítica é capaz de conduzir eletricidade BRADY RUSSEL HOLUM 2002 A Figura 3b representa a solução eletrolítica com íons Cl e H3O A dissolução da sacarose em água e a ionização do HCl podem ser repre sentadas pelas seguintes equações químicas C12H22O11s H2Ol C12H22O11aq H2Ol HClll H2Ol Cl aq H3O aq 9 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Outras misturas de substâncias como a gasolina que é misturada a uma quantidade de álcool para ser utilizada em automóveis ou ainda o álcool etílico quando misturado em água não conduzirão corrente elétrica A mistura de gasolina e álcool não conduz corrente elétrica pois ambas as substâncias são compostos moleculares que não possuem partículas carregadas eletricamente e isso as torna um isolante elétrico Já na mistura de álcool e água o álcool apenas é dissolvido em água e não ocorre o rompimento das ligações quími cas logo não há formação de íons e não ocorre a condução de eletricidade As misturas de substâncias iônicas se estiverem em estado sólido como se misturarmos CuSO4 e NaCl não conduzirão corrente elétrica Entretanto se os sais forem fundidos passarão a conduzir corrente elétrica por apresentarem íons livres na mistura Perceba que nas misturas de substâncias a explicação para a condução ou não de corrente elétrica segue o mesmo princípio de quando as substâncias são dissolvidas em água É importante ressaltar que as misturas não possuem fórmula química pois apenas formam um sistema em que duas ou mais substâncias são misturadas e podem formar soluções Assim podemos concluir que substâncias iônicas conduzem corrente elétrica em água enquanto as substâncias moleculares conduzirão eletricidade apenas quando as ligações covalentes forem rompidas favorecendo a formação de íons livres em água Podemos generalizar isso para o caso das misturas Quando é formada por duas ou mais substâncias moleculares que não formam íons a mistura não conduzirá eletricidade Já as misturas de substâncias iônicas em estado líquido conduzirão corrente elétrica pois possuem íons livres em solução Entretanto em estado sólido as misturas não conduzem eletricidade Para finalizar esse tópico quando a substância seja iônica ou molecular não conduz corrente elétrica ela é chamada de isolante elétrico Testando a corrente elétrica em soluções Utilizando uma montagem como a que vemos no esquema a seguir com um par de eletrodos que podem ser mergulhados em um recipiente podemos testar a condutividade elétrica das substâncias sejam elas iônicas moleculares ou misturas como as soluções Um dos eletrodos é ligado a uma lâmpada elétrica de baixa voltagem para indicar quando acesa a passagem de corrente elétrica no circuito Quando essa montagem é utilizada para verificar a condutividade de sais em estado sólido a lâmpada Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 10 permanece apagada No entanto se fundirmos o sal a lâmpada começará a brilhar assim que os íons do sal adquirirem mobilidade Esse mesmo fenômeno ocorre para substâncias moleculares puras mas a lâmpada não se acenderá em estado sólido nem em estado líquido devido à falta de formação de íons Eletrólitos Também podese utilizar essa montagem para demonstrar que misturas de subs tâncias como as soluções aquosas de compostos iônicos e moleculares ionizantes conduzem eletricidade Se mergulharmos o eletrodo em água pura destilada a lâm pada não acenderá devido à falta de partículas carregadas eletricamente Contudo ao dissolver um sal na água do recipiente podemos observar que a solução assim formada permite com facilidade a passagem de corrente elétrica O mesmo ocorre para as substâncias moleculares ionizantes Caso a solução formada pela substância molecular em água não forme íons a solução não conduzirá eletricidade A seguir são representadas algumas características das substâncias iônicas e moleculares puras e misturas abordadas neste capítulo Eletrólitos Eletrólitos Eletrólitos Eletrólitos NaCl em água Açúcar em água HCl em água Água destilada Fonte Adaptada de yarunaShutterstockcom 11 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Propriedades macroscópicas das substâncias As propriedades macroscópicas das substâncias são ponto de fusão ponto de ebulição solubilidade e densidade das substâncias Em outras palavras as propriedades macroscópicas são as transformações que podem ser vistas a olho nu ou enxergadas no dia a dia BROWN LEMAY JÚNIOR BURSTEN 2005 Vamos começar conhecendo o ponto de fusão e de ebulição das substâncias Os pontos de fusão e ebulição são propriedades físicas das substâncias que permitem identificálas ou então diferenciálas umas das outras Essas propriedades estão relacionadas com os estados físicos de agregação da matéria Os principais estados de agregação são sólido líquido e vapor O ponto de fusão é uma temperatura característica na qual determinada substância sofre fusão durante o aquecimento ou solidificação durante o resfriamento Já o ponto de ebulição é uma temperatura característica na qual determinada substância sofre ebulição durante o aquecimento ou condensação durante o resfriamento ATKINS JONES 2011 As substâncias puras apresentam ponto de ebulição e ponto de fusão de finidos podendo variar apenas em relação à pressão atmosférica do lugar em que a substância se encontra Podemos observar o estado físico de uma substância pura utilizando um diagrama de fases Figura 4 Figura 4 Diagramas de fases do dióxido de carbono Fonte Adaptada de magnetixShutterstock Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 12 O diagrama representa o comportamento do dióxido de carbono em diferen tes temperaturas e pressões Dependendo das condições em que se encontra a substância estará em estado gasoso líquido ou sólido Por exemplo a tempe ratura de 31ºC e pressão de 5185 bar equivalente a 5117 atm atmosferas o dióxido de carbono vai estar em estado físico gasoso Podemos utilizar ainda o diagrama para prever os pontos de fusão e ebulição Qualquer ponto que for marcado sobre a linha de fusão ou ebulição vai representar as temperaturas que a substância passa do estado sólido para o líquido ponto de fusão e do estado líquido para vapor ponto de ebulição à determinada pressão Esses valores variam para cada substância pura As misturas de substâncias não apresentam pontos definidos de temperatura de fusão e ebulição pois não obedecem a um padrão de mistura Quando é misturado água e sal mesmo tendo uma ou quatro colheres de sal dissolvidas em água isso resultará na alteração de ponto de fusão e ebulição da mistura ATKINS JONES 2011 Entretanto observando gráficos de aquecimento ou resfriamento de substâncias podemos diferenciar as substâncias puras de uma mistura A Figura 5 representa curvas de aquecimento de substância pura e mistura Figura 5 Curva de aquecimento de uma substância pura a e mistura b Peb ponto de ebulição Pf ponto de fusão a b Temperatura Peb Pf Tempo Estado sólido Estado líquido Estado gasoso Líquido vapor Sólido líquido Temperatura Peb Pf Tempo Sólido líquido Líquido vapor A Figura 5a representa o comportamento de uma substância pura como a água quando aquecida seu estado de agregação se altera Quando passa pelos processos de fusão e ebulição a temperatura permanece constante até 13 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares que todo o sólido tenha passado para o estado líquido ou todo líquido tenha se transformado em vapor Observe que a temperatura se mantém constante e nesse momento estão presentes no sistema os dois estados físicos corres pondentes Em comparação as misturas de substâncias Figura 5b como água e sal quando aquecidas não mantêm estável a temperatura nos processos de fusão e ebulição apenas diminui a intensidade da elevação da temperatura mas continua a subir coexistindo também os dois estados físicos das subs tâncias Podemos dizer que o processo de fusão e ebulição de uma mistura é representado por uma faixa de temperatura e não apenas por um ponto Essa é uma característica muito utilizada para diferenciar as substâncias puras das misturas O que confere diferentes pontos de ebulição entre as substâncias puras é a atração eletrostática ou seja a força que mantém os átomos unidos As substâncias iônicas possuem forças eletrostáticas mais fortes que as substâncias moleculares Essa característica faz com que as substâncias iônicas apresentem temperaturas de ponto de fusão e ebulição muito mais altas que os compostos moleculares ATKINS JONES 2011 Por isso compostos iônicos como NaCl e CuSO4 são sólidos à temperatura ambiente 25ºC e 1 atm Já substâncias moleculares como HCl H2O e C12H22O11 são encontradas como gás líquido e sólido à temperatura ambiente respectivamente Cada substância pura seja simples ou composta também possui a carac terística de solubilidade específica que depende da natureza do solvente e do soluto Podemos definir como solubilidade a quantidade máxima de soluto que podemos dissolver em um solvente à determinada temperatura A solubilidade é obtida experimentalmente e sua variação com a temperatura pode ser repre sentada em gráficos ou curvas de solubilidade CHANG GOLDSBY 2013 A Figura 6 representa a curva de solubilidade de NaCl e nitrato de potássio KNO3 em função da temperatura em 100 g de água Podemos observar algumas solubilidades em KNO3 A solubilidade máxima desse sal em temperatura de 60ºC é 112 g100 g de H2O e em temperatura de 0ºC é 121 g100 g de H2O Já o NaCl nessas mesmas temperaturas apresenta solubilidade menor para 60ºC de 38 g100 g de H2O e maior para 0ºC com 342 g100 g de H2O Quando dissolvemos o valor máximo de soluto em água chamamos a solução formada de solução saturada e o valor em gramas de soluto dissolvido de coeficiente de solubilidade Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 14 Figura 6 Curva de solubilidade de algumas substâncias Fonte Chang e Goldsby 2013 p 530 150 112 g100 g H2O KNO3 38 g100 g H2O NaCl 50 100 Solubilidade g soluto100 g H2O 342 g100 g H2O 121 g100 g H2O 20 0 40 60 80 100 Temperatura C Em geral as substâncias iônicas são solúveis em água e em solventes com características polares As moleculares também obedecem a regra que seme lhante dissolve semelhante assim substâncias moleculares que apresentarem características polares serão solúveis em água e em outros solventes polares enquanto substâncias moleculares apolares não serão solúveis em água mas em outro solvente apolar ATKINS JONES 2011 Como as misturas são caracterizadas por conter duas ou mais substâncias no mesmo sistema elas obedecem a mesma relação de semelhante dissolve semelhante formando as soluções homogêneas 15 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares Por fim a densidade das substâncias assim como as demais características é própria para cada substância Essa característica é uma grandeza que rela ciona a massa de determinada substância com o volume que ocupa BROWN LEMAY JÚNIOR BURSTEN 2005 Ela pode ser expressa pela divisão da massa pelo volume como segue A unidade de densidade no SI é o quilograma por metro cúbico Kgm3 mas também pode ser expressa em grama por centímetro cúbico gcm3 e em gramas por mililitro gmL Essa característica também depende da temperatura pois os materiais sofrem contração ou dilatação de seu volume com variações de temperatura Assim é adequado indicar a temperatura em que foi realizada a medição Vamos ao exemplo Considere que a massa de 100 g de água ocupa 100 mL do volume de um recipiente à temperatura de 25ºC Para saber qual é a densidade da água aplicamos a fórmula matemática que relaciona as grandezas Assim a densidade da água é 1 gmL Podemos utilizar a densidade da substância para prever qual é o volume que determi nada massa ocupará Sabendo que a densidade da água é 1 gmL qual será o volume ocupado por 500 g de água na mesma temperatura anterior Aplicando na fórmula O volume ocupado por 500 g de água em temperatura de 25ºC é de 500 mL Também podemos calcular a massa presente em determinado volume de água Vamos considerar que um recipiente de 500 mL está cheio com água em estado sólido Qual é a massa de água que o recipiente comporta à temperatura de 0ºC sabendo que a densidade da água é 092 gmL Aplicando na fórmula Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 16 Observe que a água em estado sólido possui uma densidade menor que em seu estado líquido logo a capacidade em massa será menor Podemos representar a relação massa e volume observando a figura a seguir Densidade baixa Densidade alta Fonte Adaptada de DesignuaShutterstockcom Ambos os cubos possuem o mesmo volume entretanto o que possui maior den sidade vai conter maior quantidade de matéria massa ocupando o mesmo espaço que o outro com menor quantidade de matéria O mesmo ocorre com a água Con siderando o mesmo volume a água em estado líquido é mais densa que a água em estado sólido Isso se deve à forma como as moléculas de água se organizam pois em estado sólido no mesmo espaço caberão menos moléculas quando comparado ao estado líquido A desorganização das moléculas de água em estado líquido justifica sua maior densidade fazendo com que o gelo que é menos denso por possuir maior organização das moléculas e menor massa fique na superfície de um copo quando misturado à água líquida No link a seguir você vai poder acompanhar o estudo das características das subs tâncias por meio de um vídeo que torna mais prático e sistemático o aprendizado PROPRIEDADES 201 httpsgooglHqB1BC 17 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares ATKINS P W JONES L Princípios de química questionando a vida moderna e o meio ambiente 5 ed Porto Alegre Bookman 2011 BRADY J E RUSSEL J W HOLUM J R Química a matéria e suas transformações 3 ed v 1 Rio de Janeiro LTC 2002 BROWN T L LEMAY JÚNIOR H E BURSTEN B E Química a ciência central 9 ed Rio de Janeiro Pearson Education 2005 CHANG R Química geral conceitos essenciais 4 ed Porto Alegre AMGH 2010 CHANG R GOLDSBY K Química 11 ed Porto Alegre AMGH 2013 PROPRIEDADES gerais da matéria Videoaula ministrada por Guilherme Marson São Paulo 201 1 vídeo 46min47s Disponível em httpsgooglHqB1BC Acesso em 25 out 2018 Propriedades das substâncias iônicas e moleculares 18