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CARTA AO LEITOR

Ri melhor 8 EM CADA 10
quem gargalha APROVADOS NA
USP USARAM
Um amigo chega na roda e, animado, começa a
contar uma piada. Você já conhece a anedota. SELO DE QUALIDADE
Qual a melhor reação? Alternativa a: corta GUIA DO ESTUDANTE
logo a conversa, avisando que a história é
velha e batida. Alternativa b: espera que o O selo de qualidade acima é resultado de uma pes-
amigo termine a narrativa e ri, fingindo que quisa realizada com 351 estudantes aprovados em
a piada é inédita. Resolução: a primeira atitude vai deixar o três dos principais cursos da Universidade de São
amigo sem graça e você, de tabela, constrangido. Na segunda, a Paulo no vestibular 2015. São eles:
conversa com certeza rolará solta, sem criar nenhum mal-estar.
Então, alternativa correta: b. Você tem a mesma opção quando se � DIREITO, DA FACULDADE DO LARGO
prepara para o vestibular. a) descartar a revisão porque é muito SÃO FRANCISCO;
chato estudar tudo de novo, ou b) armar-se de paciência para
rever o conteúdo que cairá nas provas. Nós torcemos para que � ENGENHARIA, DA ESCOLA POLITÉCNICA; e
você assinale a alternativa b. � MEDICINA, DA FACULDADE DE MEDICINA DA USP

Por isso preparamos esta nova edição do GUIA DO ESTU- 8 em cada 10 entrevistados na
DANTE QUÍMICA, com os grandes temas das provas do Enem e
dos maiores vestibulares do país. Aqui você relembra em aulas e pesquisa usaram algum conteúdo do
exercícios os conceitos básicos da química, como massa atômica GUIA DO ESTUDANTE durante sua
e mol, as propriedades dos elementos, os tipos de ligações entre preparação para o vestibular
os átomos e os fundamentos de química orgânica. O material
foi elaborado pelas professoras Andrea Godinho de Carvalho Entre os que utilizaram versões
Lauro, do Colégio Vértice, e Julia Higashi, do Colégio Marupiara, impressas do GUIA DO ESTUDANTE:    
ambos em São Paulo. E editado em linguagem simples, especial
para quem estuda sozinho – tudo a partir de fatos da atualidade, 88% disseram que os guias ajudaram
como aquecimento global e o acidente ambiental no Rio Doce.
na preparação.
Como você quer reagir diante da lista de aprovados no ves-
tibular? a) com uma gargalhada de alegria; b) com um risinho 97% recomendaram os guias para
amarelo. Temos certeza de que, se encarar os estudos com bom
humor e paciência, você assinalará a alternativa correta: a. outros estudantes.

A redação TESTADO E APROVADO!

6 GE QUÍMICA 2017 A pesquisa quantitativa por meio de entrevista
pessoal foi realizada nos dias 11 e 12 de
fevereiro de 2015, nos campi de matrícula dos
cursos de Direito, Medicina e Engenharia da
Universidade de São Paulo (USP).

� Universo total de estudantes aprovados nesses
cursos: 1.725 alunos.

� Amostra utilizada na pesquisa: 351 entrevistados.
� Margem de erro amostral: 4,7 pontos percentuais.

Sumário SUMÁRIO

Química 62 Grandezas Massa atômica, massa molecular, mol e massa molar
66 Cálculos estequiométricos Relação entre mol e massa, volume molar,
VESTIBULAR + ENEM
2017 pureza dos reagentes e rendimento de uma reação
70 Concentração de soluções Dissolução, solubilidade, concentração,

misturas com reação e sem reação
76 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção

GLOSSÁRIO MATÉRIA E ENERGIA
8 Os principais conceitos que você encontrará nesta publicação 78 As consequências do petróleo muito barato A queda no preço do

A ESTRUTURA DA MATÉRIA barril tem efeitos econômicos tanto para empresas como para países
10 Esportes de risco na Baía da Guanabara A água poluída é uma 80 Petróleo, preferência internacional Infográfico
82 Termoquímica Reações endotérmicas e exotérmicas, entalpia,
ameaça à saúde dos atletas de vela e windsurf dos Jogos Olímpicos
12 A física e a química tratam a água Infográfico entalpia-padrão e entalpia de formação
14 A física da química Estados e propriedades gerais e específicas da 87 Reações de oxirredução Pilhas, potência de uma pilha e

matéria, substâncias e misturas espontaneidade da reação
20 Atomística Modelos atômicos, prótons, nêutrons e distribuição 90 Energia nuclear Estabilidade do núcleo, emissões radiativas, meia-

eletrônica vida, fissão e fusão nuclear
26 Tabela periódica A organização da tabela, propriedades periódicas 94 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção

e aperiódicas dos elementos químicos EQUILÍBRIO QUÍMICO
30 Ligações químicas Teoria do octeto, ligações iônicas, covalentes 96 Como era doce este rio Os danos do rompimento de uma barragem

e metálicas, fórmulas químicas em Mariana , o maior acidente ambiental brasileiro
36 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção 98 A acidez do meio Infográfico
100 Reações reversíveis Equilíbrio dinâmico e constante de equilíbrio
103 Deslocamento do equilíbrio Princípio de Le Chatelier, fatores que

influem no deslocamento
106 Equilíbrio iônico Equilíbrio em ácidos e bases
109 pH e pOH Produto iônico da água, escala de pH
112 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção

AS TRANSFORMAÇÕES COMPOSTOS ORGÂNICOS
38 Esperança contra as mudanças climáticas Na COP21 países ricos 114 Diferentes caminhos para a obesidade Pesquisas recentes apontam

concordam com medidas contra o aquecimento global fatores inéditos que levam ao ganho de peso
40 Você respira química Infográfico 116 Compostos orgânicos Representação e nomenclatura, hidrocarbonetos,
42 Substâncias inorgânicas Ácidos, bases e sais, nomenclatura e fórmulas
45 Reações químicas Balanceamento de equações e tipos de reações funções oxigenadas e nitrogenadas
50 Óxidos Óxidos iônicos e moleculares e a ação dos óxidos na atmosfera 122 Propriedades físicas de compostos orgânicos Polaridade, solubilidade
52 Cinética química Velocidade das reações, teoria das colisões e
de forças intermoleculares
catalisadores 125 Isomeria Isomeria plana e espacial
56 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção 127 Reações orgânicas Hidrogenação catalítica, esterificação,

CÁLCULOS QUÍMICOS saponificação e polimerização
58 Balanço da Lei Seca O endurecimento da lei em 2012 leva o brasileiro 130 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção

a mudar hábitos de vida RAIO-X
60 O hálito denuncia Infográfico 132 As características dos enunciados que costumam cair nas provas do

Enem e dos principais vestibulares

SIMULADO
134 32 questões e resoluções passo a passo

7GE QUÍMICA 2017

GLOSSÁRIO

Conceitos COMBUSTÃO Reação de uma substância com ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO São aqueles cujo
básicos oxigênio do ar que libera energia. Entre os último subnível preenchido é d ou f.
compostos orgânicos, a combustão é completa
Os principais termos que quando existe oxigênio suficiente para formar ELETRÓLISE Reação química gerada pela
você precisa saber para produtos como CO2 e água. E incompleta quando passagem de uma corrente elétrica.
estudar química há pouco oxigênio, e o produto é CO e fuligem.
ELETRÓLITO Composto que, dissolvido em
A COMPLEXO ATIVADO Numa reação química, água, é bom condutor elétrico.
estado de transição (de maior energia) entre os
ANEL BENZÊNICO Na química orgânica, cadeia reagentes e os produtos. ENERGIA DE ATIVAÇÃO (Ea) Energia mínima
fechada de seis átomos de carbono unidos por necessária para que uma reação se inicie.
ligações simples e duplas, intercaladas. COEFICIENTE Numa equação química, indica a
quantidade de determinado composto molecular ENTALPIA (H) Total de energia contida nos
ANFÓTERA É a substância que pode assumir ou composto iônico. Em 3 H2O, o coeficiente é o reagentes e nos produtos de uma reação. A
caráter ácido ou básico, dependendo da número 3 e indica três moléculas de água. variação de entalpia mede a variação de energia
substância com que interage. ao final da reação (∆H = Hprodutos – Hreagentes).
COMPOSTO INORGÂNICO É aquele que se Entalpia-padrão é a entalpia numa reação
ANODO Polo negativo de uma pilha, aquele no enquadra nas funções inorgânicas: ácidos, bases, realizada em condições-padrão – a 25 °C e 1 atm.
qual ocorre a oxidação. sais ou óxidos.
EQUILÍBRIO QUÍMICO OU DINÂMICO
ÂNION Íon com mais elétrons do que prótons COMPOSTO ORGÂNICO Aquele que contém Numa reação reversível, é a situação em
e, portanto, de carga elétrica negativa (recebe átomos de carbono (C). que as reações direta e inversa ocorrem
elétrons). simultaneamente e à mesma velocidade.
CONCENTRAÇÃO É a quantidade de soluto em No caso de reações que envolvem íons, esse
B determinada quantidade de solução, dada em equilíbrio é chamado equilíbrio iônico.
partes por milhão (ppm), em termos de volume,
BALANCEAR UMA EQUAÇÃO Significa encontrar massa ou mol (C = msoluto /Vsolução ou [ ] = nsoluto/ ESPÉCIES QUÍMICAS Nome genérico que se dá
a proporção, em mol, entre a quantidade de Vsolução). às partículas fundamentais da química: átomos,
reagentes e a de produtos. íons ou moléculas.
CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA É a distribuição dos
C elétrons pelos níveis e subníveis de energia. ESTADO FUNDAMENTAL Estado de um átomo
em que os elétrons não são excitados por
CAMADA ELETRÔNICA OU NÍVEL DE ENERGIA CONSTANTE DE AVOGADRO É a quantidade de nenhuma forma de energia, como luz ou calor.
É a localização do elétron ao redor do núcleo átomos, moléculas ou íons que existe em
do átomo. Cada camada é dividida em vários 1 mol de determinada substância ou amostra. F
subníveis. A camada mais externa que contém Vale, aproximadamente, 6 . 1023. Essa constante
elétrons é chamada camada de valência. também é chamada número de Avogadro. FAMÍLIAS São as colunas verticais da tabela
periódica, também chamadas grupos.
CADEIA SATURADA Na química orgânica, D
sequência de átomos de carbonos unidos por G
ligações simples, apenas. Em oposição, insaturada DENSIDADE É a relação entre a massa de uma
é a cadeia em que os carbonos se unem por solução qualquer e seu volume (dsolução = msolução/ GASES NOBRES OU RAROS Elementos estáveis,
ligações duplas ou triplas. Vsolução). cujos átomos não precisam se agrupar em
moléculas ou compostos iônicos.
CATALISADOR Substância que, adicionada a uma DISSOCIAÇÃO IÔNICA É o processo pelo qual os
reação, aumenta sua velocidade sem participar cátions se separam dos ânions num composto GRAU DE PUREZA OU TEOR É, numa mistura, a
diretamente dela, ou seja, sem ser consumida. iônico. porcentagem de determinada substância que
participa de uma reação.
CÁTION Íon com mais prótons do que elétrons e, E
portanto, de carga elétrica positiva (é aquele que GRUPO FUNCIONAL Átomo, ou conjunto de
doa elétrons). ELEMENTO QUÍMICO Conjunto de átomos que átomos, ligado a uma cadeia de carbonos, que
contêm o mesmo número de prótons no núcleo, define certas propriedades.
CATODO Polo positivo de uma pilha, aquele em o que lhes confere as mesmas propriedades
que ocorre a redução de uma espécie química. químicas e físicas. H

ELEMENTOS REPRESENTATIVOS São aqueles que HIDRÓLISE Reação em que os compostos são
têm o último elétron num subnível s ou p. desdobrados quando interagem com a água.

8 GE QUÍMICA 2017

I MOL Grandeza que indica a quantidade de Q
matéria. É o número de átomos, moléculas ou
ÍNDICE OU ATOMICIDADE Indica o número íons numa amostra (1 mol = 6 . 1023 átomos, QUANTIDADE DE MATÉRIA (n) É a quantidade de
de átomos de determinado elemento, numa moléculas ou íons). mol numa amostra, dada pela proporção entre a
substância ou num composto. Em H2O, a massa da amostra (m, em gramas) e a massa molar
atomicidade do hidrogênio é 2, e a do oxigênio, 1. N das substâncias que a compõem (M, em gramas/
mol): n = m / M.
IONIZAÇÃO Formação de cátions e ânions, a partir NÚMERO ATÔMICO Número de prótons no núcleo
de uma molécula. de um átomo (símbolo: Z). R

ÍONS Espécies que ganham ou perdem elétrons NÚMERO DE MASSA Soma de prótons e nêutrons RADIATIVIDADE Fenômeno pelo qual o núcleo
numa ligação química. no núcleo de um átomo (símbolo: A). atômico de um elemento emite radiação, de modo
a adquirir estabilidade.
ISÓBAROS Átomos de elementos químicos O
diferentes que têm o mesmo número de massa (A). REAÇÃO GLOBAL Equação química que representa
OXIRREDUÇÃO Reação química em que ocorre a reação total, sem indicação das etapas
ISOELETRÔNICOS Espécies químicas que têm o transferência de elétrons entre as substâncias. intermediárias.
mesmo número de elétrons.
P REAÇÃO QUÍMICA Combinação de substâncias ou
ISOMERIA Acontece quando dois ou mais compostos que resulta em outras substâncias mais
compostos têm a mesma fórmula molecular mas PERÍODOS Linhas horizontais da tabela periódica. simples ou mais complexas.
diferentes fórmulas estruturais. Isômeros têm os
mesmos elementos, na mesma quantidade, mas pH (POTENCIAL HIDROGENIÔNICO) É a medida REAÇÃO REVERSÍVEL É aquela em que os
propriedades diferentes. da acidez ou basicidade de uma solução, reagentes se transformam em produtos e os
baseada na concentração de íons H+. Quanto produtos voltam a reagir, formando novamente
ISÓTONOS Átomos de elementos químicos mais alto o pH de uma substância, menor seu os reagentes.
distintos que têm diferentes números de massa pOH (potencial hidroxiliônico, que mede a
(A), diversos números atômicos (Z), mas o mesmo concentração de íons OH–). RENDIMENTO É a proporção entre a quantidade
número de nêutrons (n). de produto que poderia se formar, teoricamente,
POLARIDADE Propriedade de uma molécula que numa reação, e aquela que efetivamente se forma,
ISÓTOPOS apresenta um polo positivo e outro negativo. em porcentagem.
Átomos com mesmo número de prótons – A polaridade de uma molécula depende da forma
portanto, de um mesmo elemento químico –, mas como os elétrons se distribuem ao redor do núcleo, RETÍCULO CRISTALINO Aglomerado de íons.
com diferente número de nêutrons. Dois isótopos nos átomos que a compõem. É a estrutura de uma substância iônica ou um
apresentam Z iguais e A diferentes. composto iônico.
POLÍMERO Macromolécula formada por reações
M em que uma pequena parte (o monômero) se S
repete centenas ou milhares de vezes.
MASSA ATÔMICA (MA) Massa de um átomo SISTEMA Qualquer porção de matéria separada
(medida em unidades de massa, u). POTENCIAL DE IONIZAÇÃO Energia necessária para estudo e análise.
para retirar um elétron de um átomo no estado
MASSA MOLAR (M) É a massa de um mol de gasoso e, assim, formar um cátion. SOLUBILIDADE Capacidade de uma substância de
átomos, moléculas ou íons, em gramas (g). se dissolver em outra substância.
POTENCIAL-PADRÃO DE REDUÇÃO E DE
MASSA MOLECULAR (MM) Soma das massas OXIDAÇÃO (E0red OU E0ox) Medida, em volts (V), da SOLUÇÕES São sistemas homogêneos (ou
atômicas (MA) dos elementos de um composto tendência que determinado material tem de sofrer misturas homogêneas), ou seja, que apresentam
(medida em unidades de massa, u). oxidação ou redução – ou seja, de doar ou de aspecto uniforme. Toda solução contém um
receber elétrons. solvente (substância que dissolve) e um soluto
MEIA-VIDA Também chamada período de (substância dissolvida).
semidesintegração, é o tempo necessário PROPRIEDADES APERIÓDICAS São aquelas
para que se desintegre metade dos átomos que dependem do número atômico, mas não se V
existentes em qualquer quantidade de um repetem periodicamente na tabela.
radioisótopo. VOLUME MOLAR Volume ocupado por 1 mol
PROPRIEDADES PERIÓDICAS São aquelas cujos de uma substância no estado gasoso, dado
MOLÉCULA Estrutura formada por átomos que valores variam em função do número atômico do em litros (L). Em CNTP (0 OC, 1 atm), 1 mol de
compartilham elétrons (unidos por ligações elemento químico e se repetem com regularidade qualquer gás ocupa 22,4 L.
covalentes normais ou dativas). na tabela periódica.

9GE QUÍMICA 2017

1 ESTRUTURA DA MATÉRIA

CONTEÚDO DESTE CAPÍTULO

Infográfico: tratamento químico da água...............................................12
A física da química..........................................................................................14
Atomística ..........................................................................................................20
Tabela Periódica...............................................................................................26
Ligações químicas ...........................................................................................30
Como cai na prova + Resumo.......................................................................36

Esportes de risco
na Baía da Guanabara

Além de superar os concorrentes, os atletas
de provas aquáticas terão de driblar a
sujeira e a poluição nos Jogos Olímpicos.

Quando a cidade do Rio de Janeiro se acordo com o prefeito do Rio, Eduardo Paes, a
candidatou a sediar os Jogos Olímpicos
de 2016, em 2009, o governo estadual sujeira das águas não coloca em risco a saúde
fluminense e a prefeitura carioca assumiram o
compromisso de despoluir pelo menos 80% da dos competidores, já que a monitoração fei-
Baía da Guanabara. Mas, às vésperas da abertura
dos jogos, as águas da baía continuam pontilhadas ta regularmente pela Secretaria de Estado do
por ilhas de lixo. Institutos de pesquisa afirmam
que as águas estão, também, carregadas de micror- Ambiente, do governo estadual, indica que a
ganismos transmissores de doenças. A situação é
considerada um obstáculo para a realização das concentração de bactérias é tolerável.
provas e um risco para a saúde dos competidores
das provas que ocorrerão ali, como windsurf e vela. No entanto, outra análise, realizada pela Uni-

O bolsão de água é o local de deságue de mais versidade Feevale, de Novo Hamburgo, mostra
de 30 rios que atravessam a região metropoli-
tana do Rio. E é principalmente desses rios que que a poluição avança das margens para regiões
vêm o lixo e o esgoto que contaminam a baía. A
cada mês, são retiradas das barreiras flutuantes centrais da baía. E alguns trechos, mesmo que
instaladas na foz dos rios cerca de 230 toneladas
de sacos plásticos, sofás, caixotes, carcaças de livres de bactérias, têm uma concentração 1,7
automóveis e de eletrodomésticos. Outras 38
toneladas são recolhidas nas patrulhas feitas milhão de vezes maior de vírus patogênicos do
por barcos. Em agosto de 2015, o governador
do Rio, Luiz Fernando Pezão, já havia admitido que o admitido nos Estados Unidos e Europa.
que a meta de despoluição não seria atingida.
Segundo ele, para limpar a baía, seriam neces- Estima-se que bastaria a um atleta engolir o
sários anos de investimento em saneamento
básico nas cidades cortadas pelos rios. Mas, de equivalente a três colheres de chá dessa água

para ser contaminado.

Além de primordial para a existência de vi-

da – inclusive de bactérias e vírus –, a água é

um solvente univer-

sal, capaz de dissolver

um número imenso de LIXÃO FLUTUANTE

substâncias químicas. Além de garrafas, sacos

Neste capítulo você plásticos, restos de móveis

relembra os conceitos e eletrodomésticos, a

básicos de mistura e água poluída de rios que

da organização das desaguam na Baía da

substâncias em áto- Guanabara torna o local

mos e moléculas. inapropriado para atletas

10 GE QUÍMICA 2017

MARCELO CORTES/FOTOARENA 11GE QUÍMICA 2017

ESTRUTURA DA MATÉRIA INFOGRÁFICO

A física e a química tratam a água

A água bruta – aquela retirada de rios, lagos ou reservatórios – é uma mistura de moléculas
de H2O com outras de matéria orgânica, como microrganismos e microalgas, e de substâncias
inorgânicas, como grãos de rocha. Pode também conter poluentes, como pesticidas e efluentes
industriais. Essa água bruta torna-se água potável depois de uma série de processos físicos e
químicos que separam as impurezas e equilibram a acidez

A ÁGUA, DE BRUTA A POTÁVEL 2 Cloro Em reação com a água, o hipoclorito de
NaClO sódio (NaClO), um composto iônico,
1 Desinfecção e neutralização libera o íon hipoclorito (ClO–). Esse íon
Assim que chega à estação, mata microrganismos ao atacar a
Captação membrana de suas células.
A água que entra numa estação a água bruta recebe uma série
de tratamento carrega poluentes de compostos químicos – Também chamada óxido de cálcio (CaO),
não dissolvidos, como a cal reage com a água e forma uma base,
microrganismos e grãos de areia. no geral, cloro, cal e sulfato Cal o hidróxido de cálcio (Ca(OH)₂). Essa base
Essa é a água bruta. de alumínio. eleva o pH da água – ou seja, diminui sua
acidez (veja capítulo 5).

CaO

Sulfato de Lançado na água, o sulfato de alumínio
alumínio (Al₂(SO₄)₃) reage com o hidróxido de cálcio e
Al(OH)3 forma o hidróxido de alumínio (Al(OH)₃).
Esse hidróxido se combina com as partículas
em suspensão na água por diferença de
polaridade e as agrega em flocos
(sobre polaridade, veja o capítulo 3).

H2O

H2OMULTI/SP 3 4

12 GE QUÍMICA 2017 Floculação Decantação
É um processo físico: os É um processo também físico,
flocos resultantes da de separação de sólidos e líquidos
coagulação são agitados por ou de líquidos que não se misturam.
grandes pás e aos poucos se No tanque de tratamento, os flocos
agrupam em blocos maiores se acumulam no fundo, porque
e mais densos que a água. são mais densos.

UNIVERSAL, MAS NEM TANTO

A água é considerada solvente universal porque é capaz de dissolver uma imensa variedade de substâncias. Mas a dissolução só ocorre quando

as moléculas H2O interagem com as da substância adicionada. E isso depende da polaridade das moléculas (veja polaridade no capítulo 3).
As moléculas da água são polares e só dissolvem moléculas também polares, como as do etanol. As de óleo (não polares) permanecem separadas

ÁGUA + ETANOL ÁGUA + ÓLEO

Molécula de óleo sem
interação
Moléculas de água interação Molécula de etanol
polar

H2O polar C₂H₆O

O átomo de oxigênio (O) da O etanol só tem polaridade Moléculas de água
molécula de água é mais numa das extremidades da H2O
eletronegativo que os dois molécula, onde o oxigênio se
átomos de hidrogênio (H). Isso liga ao hidrogênio. É nessa As moléculas de gordura
faz com que a molécula fique área que o oxigênio da água são apolares. Assim, não
como um ímã, com dois polos, exerce o seu poder, participam do jogo de
um negativo (do lado do interagindo com a molécula atração com as moléculas
oxigênio) e outro positivo de etanol. Como resultado, o da água. As duas
(do lado dos hidrogênios). etanol se dissolve na água. substâncias permanecem
separadas, e a mistura, com
duas fases, é heterogênea.

Flúor

5 6 7

Filtração Adição de flúor Distribuição
Remove as partículas que não decantaram na etapa No Brasil, a água tratada é fluoretada A água que é distribuída
anterior. A água passa por três camadas de carvão – ou seja, recebe compostos de flúor, pela rede geral para as
ativado, areia e cascalho, que retêm gradativamente que se dissolvem e liberam íons indústrias e residências
as impurezas sólidas. Ao mesmo tempo que ocorre fluoreto (F–). O flúor reforça o esmalte não é composta apenas
esse processo físico, a água sofre ajustes finais da dos dentes, reduzindo a incidência de de moléculas H₂O e íons
acidez e desinfecção (processos químicos). cáries na população. fluoreto. Ela ainda contém
porções minúsculas de
sais minerais.

13GE QUÍMICA 2017

ESTRUTURA DA MATÉRIA A FÍSICA DA QUÍMICA

TUDO “IGUAL QUE NEM” Esteja no estado sólido, esteja no estado líquido ou gasoso, água é sempre água – uma combinação de átomos de hidrogênio e oxigênio

De que o
mundo é feito

MATÉRIA Composto de uma única substância exemplo, como se comporta um veículo quando
É tudo o que tem ou de uma mistura, todo material tem acelerado ou freado.
propriedades gerais e específicas
massa e ocupa Já a química estuda a matéria, sua estrutura
espaço – ou seja, Praticamente tudo o que vemos, tocamos e e propriedades sob pontos de vista diferentes.
sentimos pelo olfato ou pelo paladar são Para a química, o que importa são
tem volume. compostos químicos, ou uma mistura de
diferentes compostos. Naturais ou sintetizados a composição da matéria,
14 GE QUÍMICA 2017 (produzidos em laboratório), todos os materiais as transformações por que a matéria
são genericamente chamados de matéria. passa e
a energia envolvida nessas transformações.
Na física, a matéria é estudada como um corpo
cujo comportamento é analisado sob determi-
nadas forças ou certos campos de força. Por

Estados da matéria O QUE ISSO TEM A VER COM ECOLOGIA
A condensação e a vaporização da água são
Tanto para a física quanto para a química, o fenômenos naturais de grande impacto no meio
estado físico de um material é fundamental ambiente. Essas mudanças de estado da água estão
para sua identificação. A matéria pode estar no no centro do ciclo hidrológico na Terra. O ciclo é o
estado sólido, líquido ou gasoso, dependendo do caminho que a água percorre ao evaporar de lagos
grau de agitação das partículas que a constituem e mares para a atmosfera, condensar-se e cair na
e da intensidade de atração entre elas. forma de chuva. O líquido então escorre para o
subsolo e volta aos rios e mares, fechando o ciclo.
No estado sólido, as partículas estão organi- A poluição e o esgotamento de mananciais reduzem
zadas de maneira harmoniosa e sob alto grau o volume de água potável e de fácil acesso no
de atração, mas agitam-se pouco. Por isso os planeta. Com consumo rápido demais, a natureza
sólidos têm forma e volume fixos. não tem tempo para repor os estoques.
No estado líquido, a atração entre as partícu-
las ainda é grande, mas seu grau de agitação PRESSÃO
aumenta um pouco. Não é possível manter as É a força aplicada
partículas organizadas. Daí que os líquidos sobre uma área,
têm volume constante, mas tomam a forma que pode alterar a
do recipiente que os contém. distância entre as
No estado gasoso, a atração entre as partí- partículas do corpo
culas é mínima, e o grau de agitação é muito e a intensidade com
grande. Gases alteram seu volume conforme que elas se atraem.
o recipiente que os contém.
TEMPERATURA
Todo material assume este ou aquele estado É a medida do grau
físico, dependendo da pressão e da temperatura de agitação das
em que se encontra. Mas cada material reage de partículas, ou seja,
um modo diferente ao aumento ou à diminuição uma temperatura
da temperatura ou da pressão. maior determina
maior agitação.
Propriedades gerais
O QUE ISSO TEM A VER COM MATEMÁTICA
A química utiliza diversos conceitos da física. Em qualquer cálculo, as unidades de medida
Um deles é a massa – a grandeza que mede a devem ser uniformizadas. E você precisa conhecer o
quantidade de matéria existente em um corpo. procedimento básico de conversão de múltiplos
A massa é medida mais comumente em gramas e submúltiplos das principais unidades. Veja:
(g) e seus múltiplos ou submúltiplos, como
quilograma (kg), miligrama (mg) etc. Para massa:
x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10
Outro conceito da física importante para a quí- kg hg dag g dg cg mg
mica é o volume – a grandeza que mede o espaço : 10 : 10 : 10 : 10 : 10 : 10
ocupado por certa massa de matéria. As unidades Para volume:
mais comuns para volume são o metro cúbico x 1.000 x 1.000 x 1.000 x 1.000 x 1.000 x 1.000
(m3), o litro (L) e seus múltiplos e submúltiplos, km3 hm3 dam3 m3 dm3 cm3 mm3
como centímetro cúbico (cm3), quilômetro cúbico : 1.000 : 1.000 : 1.000 : 1.000 : 1.000 : 1.000
(km3), decilitro (dL) e centilitro (cL). É comum, nas
questões de vestibular e Enem, que você precise
fazer a conversão de unidades. Veja algumas
relações entre as unidades de volume:

1L 103 cm3
1 mL 1 cm3
1.000 L 1 m3
1012 L 1 km3

Massa e volume não são suficientes para iden-
tificar um tipo de matéria. Isso depende de outras
características e propriedades específicas.

iSTOCK PHOTOS 15GE QUÍMICA 2017

ESTRUTURA DA MATÉRIA A FÍSICA DA QUÍMICA

Propriedades específicas NA PRÁTICA

Cada tipo de material tem propriedades es- DENSIDADE
pecíficas, que ajudam em sua identificação.
Algumas das principais propriedades específicas Um balão de festa que se enche por sopro não
de um material são: permanece flutuando porque o ar que sopramos é
mais denso do que o ar atmosférico do lado externo
Ponto de fusão (PF): É a temperatura na do balão. O ar da atmosfera é uma mistura de gases
qual ocorre a fusão durante o aquecimento com densidade de 1,2 g/L. Já a mistura que expiramos
(ou a solidificação durante o resfriamento) contém uma boa proporção de gases mais densos –
de um material submetido a uma pressão principalmente o gás carbônico, que tem densidade de
constante. 1,8 g/L. Coisa bem diferente acontece com um balão
cheio de gás hélio. Como tem densidade muito menor
Ponto de ebulição (PE): É a temperatura que a do ar atmosférico (0,16 g/L), o balão vence até
na qual ocorre tanto a ebulição (durante mesmo a gravidade e sobe.
o aquecimento) quanto a condensação/
liquefação (durante o resfriamento) de um refrigerante. Já o ferro em barra (portanto, no
material submetido a pressão constante. estado sólido) tem densidade muito maior que
a água, de 7,86 g/cm3. Por isso, afunda.
Os pontos de fusão e ebulição de cada subs- 1 ATMOSFERA
tância são determinados experimentalmente. É a pressão Solubilidade É a quarta característica im-
Como a temperatura varia conforme a pressão, exercida pela portante dos materiais – quanto o material é
esses pontos são sempre definidos, por padrão, atmosfera capaz de se dissolver em água a determinada
ao nível do mar, onde a pressão é de 1 atmosfera. terrestre ao nível temperatura. Quanto maior é a solubilidade
Veja abaixo os pontos de fusão e de ebulição de do mar. Equivale de uma substância, mais solúvel ela é. Pode-
alguns materiais. a 760 milímetros se medir a solubilidade de uma substância
de mercúrio (soluto) em qualquer outra substância (sol-
MATERIAL PF (em °C) PE (em °C) Estado físico (760 mm Hg). vente), mas a medida mais importante é em
Álcool etílico a temperatura MAIS LEVE relação à água.
– 117 °C 78 °C ambiente (25 oC) QUE A ÁGUA
No Mar Morto, O máximo de cloreto de sódio (sal de cozinha)
Líquido a concentração que se consegue dissolver em 100 g de água, a
de sais diluídos 20 °C, é 36 g. Além dessa proporção, acumu-
Oxigênio – 218 °C – 183 °C Gasoso é tão alta que a lam-se grãos de sal no fundo do recipiente. Já
densidade da água de sacarose (açúcar) podem-se dissolver no
Ferro 1.535 °C 2.885 °C Sólido sobe de 1,03 kg/L mesmo volume de água, à mesma temperatura,
para 1,24 kg/L . 204 g. Isso significa que o açúcar é mais solúvel
Densidade: Outra propriedade específica Parece pouco, mas em água do que o sal.
isso é suficiente
da matéria – a relação entre a massa de para sustentar Substância e mistura
uma pessoa sem
um material e o volume por ele ocupado. nenhuma boia As propriedades específicas só nos auxiliam a
identificar um material se a amostra for composta
Matematicamente: de uma única substância. Misturas de substâncias
m não têm suas características tabeladas porque elas
d= V dependem da proporção em que seus componen-
tes estão misturados. Nesse caso, os químicos e
A unidade adotada para a densidade pode ser físicos só têm três atitudes a tomar: experimentar,
grama por centímetro cúbico, grama por litro, observar e comparar.
ou quilograma por litro (g/cm3, g/L ou kg/L). Se
o alumínio tem densidade de 2,7 g/cm3, então,
cada centímetro cúbico de alumínio tem massa
de 2,7 gramas.

É a diferença de densidade que faz com que
alguns materiais flutuem sobre outros. E isso
ocorre também entre materiais de mesma na-
tureza – a água, por exemplo. No estado líquido,
a água tem densidade de 1 g/cm3. Já no estado
sólido, a densidade da água cai para 0,92 g/cm3.
Por isso, pedaços de gelo boiam num copo com

16 GE QUÍMICA 2017

Uma substância é uma mistura composta MUDANÇAS DE ESTADO DE UMA SUBSTÂNCIA
de partículas de mesmo tipo (veja elementos
químicos, átomos e moléculas na pág. 20 deste Temperatura (ºC) vapor 5. Quando todo o material puro se transforma em
capítulo). As substâncias têm comportamento vapor, a temperatura volta a se elevar. Se encontrar
muito característico: à medida que a temperatura Temperatura alguma barreira mais fria, o vapor se condensa
cai ou sobe, podem mudar de estado físico. Mas, de ebulição (volta ao estado líquido). É o que ocorre com a
durante essa mudança, a temperatura do material tampa de uma panela durante o cozimento.
não se altera. Já numa mistura – um material líquido + vapor
formado por duas ou mais substâncias –, as mu- 4. Ao atingir o ponto de ebulição (PE), a substância
danças de estado acontecem numa temperatura líquido começa a se transformar em vapor. Até que tudo
que se altera. Compare, nos gráficos ao lado, o esteja vaporizado, a temperatura não muda.
comportamento de substâncias e de misturas, Na água, essa temperatura é de 100 oC.
durante a mudança de estado.
Temperatura 3. Quando todo o material tiver passado para o
Algumas misturas se comportam como subs- de fusão estado líquido, a temperatura volta a se elevar.
tâncias em uma das mudanças de estado, mas
nunca nas duas. As que apresentam variação sólido + líquido 2. No PF começa o derretimento. Para a água,
de temperatura no PE são chamadas misturas o PF é O oC. A temperatura se mantém constante
eutéticas. Aquelas para as quais a temperatura sólido enquanto houver algum material a ser derretido.
varia no PF são chamadas misturas azeotrópi-
cas. Os gráficos ao lado representam as mudanças 1. Para uma substância sólida qualquer, a
de estado desses dois tipos de mistura. temperatura se eleva no decorrer do tempo
até atingir a temperatura de fusão, no ponto
Tempo (minutos) de fusão (PF).

MUDANÇAS DE ESTADO DE UMA MISTURA

TOME NOTA Temperatura
(ºC)
O estado físico da matéria é definido pela forma
como as moléculas se agregam. No estado sólido, Fim da ebulição vapor Intervalo de ebulição O mesmo ocorre na
as moléculas são muito coesas e, portanto, ebulição. A passagem de líquido para gasoso
a forma é bem definida. No estado líquido, Início da ebulição líquido Intervalo começa em determinada temperatura. Mas,
a força de coesão entre as moléculas é menor. Fim da fusão de ebulição de novo, como diferentes substâncias têm
Por isso, o líquido assume o formato do recipiente. diferentes pontos de ebulição, a transformação
No estado gasoso, a matéria tem as moléculas Início sólido Intervalo da mistura só se conclui numa temperatura mais
livres. Em vista disso, os gases assumem todo o da fusão de fusão alta. Completada a vaporização, a temperatura
espaço disponível, podendo ser comprimido ou volta a subir num ritmo mais acelerado.
descomprimido. Quando uma substância muda de
estado físico, o que se altera é a maneira como as Intervalo de fusão A certa temperatura, a
moléculas se organizam. As mudanças de estado mistura começa a entrar em fusão. Mas, porque
(também chamadas mudanças de fase) são: diferentes substâncias têm diferentes pontos de
fusão, até toda a mistura derreter, a temperatura
continua se elevando, ainda que de maneira
mais suave.

Tempo (minutos)

Fusão Passagem do estado sólido
para o líquido
MISTURAS EUTÉTICA E AZEOTRÓPICA
Vaporização ou evaporação Passagem do estado líquido
para o gasoso Uma mistura eutética se comporta como Uma mistura azeotrópica se comporta como
substância apenas no ponto de fusão (PF) substância apenas no ponto de ebulição (PE)

Solidificação Passagem do estado líquido Temperatura Temperatura
para o sólido
PF constante Ebulição
PE constante
Condensação Passagem do estado gasoso Ebulição
para o líquido

Sublimação Passagem do estado sólido Fusão
para o gasoso, ou vice-versa
Fusão

Tempo Tempo

GARDEL BERTRAND 17GE QUÍMICA 2017

ESTRUTURA DA MATÉRIA A FÍSICA DA QUÍMICA

Classificação das misturas GRAU DE PUREZA HOMOGÊNEO E HETEROGÊNEO
É a proporção entre
Na natureza, é muito raro encontrarmos subs- a massa de um A água no copo constitui um
tâncias com grau de pureza total. Quase tudo dos componentes sistema homogêneo, porque tem
é mistura, mesmo quando ela não é facilmente e a massa total da uma única fase. A água é uma
percebida. É o caso do ar atmosférico. O ar é mistura: substância pura, e toda a porção
uma mistura de diversos gases, como nitrogênio, dentro do copo tem as mesmas
oxigênio e gases nobres. p = ms propriedades
mt
Se estiver poluído, o ar contém, ainda, boa [1]
concentração de outras substâncias, como par- O grau de pureza
tículas de fuligem ou monóxido de carbono. O costuma ser Um copo com água e óleo tem
mesmo acontece com a água: na natureza, cos- apresentado em duas fases (duas partes com
tuma carregar sais minerais. Nas torneiras das porcentagem. diferentes propriedades, como
cidades brasileiras, ela vem misturada ao flúor, cor e densidade). O sistema é
que ajuda a proteger os dentes contra as cáries. heterogêneo

Na indústria, também é raro o uso de substân- [2]
cias absolutamente puras. Os metais preciosos,
como prata e ouro, são extraídos misturados a UMA SÓ SUBSTÂNCIA,
outras substâncias minerais e têm de ser puri- MAS HETEROGÊNEA
ficados antes da fabricação de qualquer peça,
como joias. Mas porque são muito moles, pre- FASE Um copo com água e gelo, apesar
cisam ser combinados com outros metais, em É uma porção de conter uma única substância,
ligas que permitem a moldagem das peças. do sistema que é um sistema heterogêneo.
apresenta as mesmas Há duas fases: uma de água no
Qualquer porção de matéria separada para propriedades. estado sólido e outra de água
estudo e análise chama-se sistema. A primeira Algumas fases são no estado líquido
observação a ser feita na classificação de um visíveis apenas por
sistema é se ele é homogêneo ou heterogêneo. microscópio. É o [3]
Sistema homogêneo é aquele em que existe uma caso do sangue, do
única fase (são monofásicos ou unifásicos). Em leite e da gelatina, A chaleira contém apenas água
oposição, sistema heterogêneo é aquele que que, a olho nu, fervente. Mas o sistema dentro
apresenta mais de uma fase (são polifásicos). parecem sistemas dela é heterogêneo, porque, ao
homogêneos, mas entrar em ebulição, a água está
Todas as substâncias puras constituem sis- são, na verdade, passando do estado líquido
temas homogêneos. A não ser quando estão heterogêneos. para o gasoso
em diferentes estados físicos ou em mudança
de estado – aí, comportam-se como sistemas [4]
heterogêneos. Nas fotos ao lado, você confere
alguns sistemas homogêneos e heterogêneos.

As soluções também são misturas que apre-
sentam apenas uma fase – ou seja, são sistemas
homogêneos. É o caso de uma xícara de chá.

TOME NOTA MISTURAS HOMOGÊNEAS ATENÇÃO
(soluções)
HOMOGÊNEOS • Todo sistema gasoso é homogêneo, não importa
(monofásicos) SUBSTÂNCIAS
PURAS a quantidade deste ou daquele gás na mistura.
SISTEMAS
HETEROGÊNEOS MISTURAS • Todo sistema sólido é heterogêneo. Uma
(polifásicos) HETEROGÊNEAS
exceção apenas: as ligas metálicas são misturas
18 GE QUÍMICA 2017 SUBSTÂNCIAS PURAS homogêneas.
(em mudança de estado físico)

SEPARAÇÃO Para separar misturas homogêneas,
DE MISTURAS
os métodos mais comuns são:
Para separar misturas heterogêneas,
Evaporação
os métodos mais comuns são:
Separa o sólido de uma mistura. É como se obtém o
Filtração sal de cozinha da água do mar nas salinas.

Utilizada para misturas de fases líquida e sólida ou Destilação simples
sólida e gasosa. A mistura atravessa um filtro que
retém as fases sólidas e permite a passagem das fases Separa sólidos dissolvidos em líquidos, com base na
líquidas ou gasosas. É adotado nos aspiradores de pó diferença dos pontos de ebulição (PE) dos compostos
e numa estação de tratamento de água. da mistura. Quanto maior for essa diferença, mais
eficiente será a separação.
Decantação
3. Em contato com as
Retira da fase líquida sólidos ou outros líquidos paredes mais frias
imiscíveis (que não se misturam, como óleo e do tubo, o vapor se
água), pela diferença de densidade entre as fases. condensa, e o líquido
é separado
1. A mistura
é fervida 2. A substância
de ponto de
1. A solução de 2. Passado o tempo, 3. Entornando ebulição mais
água e barro as fases se separam: o recipiente, baixo (o líquido)
é deixada em líquida (água) e separa-se a evapora antes
repouso sólida (terra) água da terra
Liquefação fracionada
Dissolução fracionada
Separa componentes de misturas gasosas.
Separa duas ou mais fases sólidas, empregando A mistura é comprimida e resfriada até que passe
um solvente que dissolve apenas um dos sólidos para o estado líquido. A temperatura é então elevada
da mistura. lentamente. Os gases são separados, um a um,
por destilação fracionada.

1. Numa mistura 2. Na 3. O sal é Destilação fracionada Gás
de areia e sal é filtração, a separado pela
adicionada água, areia fica evaporação Segue o princípio da Gasolina
que dissolve o sal retida da água destilação simples, mas Querosene
faz a separação de líquidos Óleo diesel
Separação magnética miscíveis, como água e
álcool, que têm pontos de
Utilizada quando um dos sólidos da mistura é um ebulição muito próximos.
metal que é atraído por ímãs. É o processo usado nas
refinarias para separar os
diferentes derivados
do petróleo, como
gasolina e diesel.

LIMALHA Óleo cru Óleo
DE FERRO combustível

ENXOFRE Fornalha Parafina,
alcatrão
[1] DERCILIO [2] [3] [4] ISTOCK
19GE QUÍMICA 2017

ESTRUTURA DA MATÉRIA ATOMÍSTICA

PURA ENERGIA LIBERADA
O efeito luminoso da

queima de fogos de artifício
é causado pelo movimento
de vaivém de elétrons em

torno do núcleo

A química dos átomos

O modelo aceito pela química hoje prevê que
um átomo é composto de um núcleo com prótons
e nêutrons, cercado por uma nuvem de elétrons

Tudo o que existe no Universo – as estrelas, Ou seja, o átomo é como um tijolo da matéria,
como o Sol, as rochas, a água de rios e ocea- mas contém partículas ainda menores. Esse
nos e os seres vivos – é feito de matéria. E conceito surgiu apenas no século XIX, com a
toda matéria é constituída de átomos. O átomo é criação dos primeiros modelos atômicos. Isso
uma unidade básica da matéria, formada por um dependeu de uma grande mudança na forma
núcleo rodeado por uma nuvem de partículas. como o mundo era observado e analisado.

20 GE QUÍMICA 2017

a ideia, na forma de uma lei científica ou de um MACIÇO
conjunto de leis que constituem uma teoria. Para Para Dalton,
fenômenos que não podem ser observados nem o átomo era
medidos, a teoria é denominada modelo – uma uma esfera
analogia que permite a explicação do fenômeno. indivisível
Foi o que aconteceu no século XVIII, quando
os cientistas começaram a se questionar sobre PUDIM DE
a estrutura dos átomos. PASSAS
Para Thomson,
Átomos são partículas minúsculas, impossí- o átomo seria
veis de serem vistas mesmo pelos equipamentos o pudim e teria
mais sofisticados. Daí a necessidade de construir carga positiva
um modelo que explique a estrutura atômica. Cada elétron,
com carga
O modelo de Dalton negativa, seria
uma uva-passa
O inglês John Dalton foi um dos pioneiros a incrustada
pesquisar os átomos de maneira científica, no
início do século XIX. Ele analisou os resultados 21GE QUÍMICA 2017
de experimentos realizados por dois france-
ses – Antoine Laurent Lavoisier e Joseph
Louis Proust. Essas experiências afastavam
o caráter mágico das reações químicas e
propunham uma explicação racional para o
fenômeno. Dalton criou um modelo atômi-
co, muito baseado no conceito grego antigo.
Para o inglês,

o átomo é uma esfera maciça e indivisível;
toda matéria é formada por átomos, partí-
culas indivisíveis;
átomos de um mesmo elemento são iguais
em massa e propriedades; átomos de ele-
mentos diferentes têm distintas massa e
propriedades;
os compostos são formados de átomos que
se combinam em proporção simples.

Modelos atômicos O modelo de Thomson

Ciências que estudam a natureza, como a Na segunda metade do século XIX, expe-
química, a física e a biologia, têm sua atividade rimentos com gases que recebem descargas
baseada no método científico, uma série de eta- elétricas indicaram que o átomo continha par-
pas que precisam ser cumpridas rigorosamente, tículas com carga elétrica negativa. No fim do
ao fim das quais é possível chegar a conclusões século, outro inglês, Joseph John Thomson,
sólidas sobre o fenômeno estudado. descobriu a primeira partícula subatômica
– o elétron. Isso provou que o átomo não
O pesquisador observa um fenômeno, define é indivisível, mas composto de partícu-
a questão a ser respondida, faz medidas, coleta las menores. Thomson propôs, então, um
e compara dados. Com isso ele formula uma novo modelo atômico, que foi apelidado de
possível explicação para o fenônemo – uma hi- “pudim de passas” (veja ao lado).
pótese, que precisa ser testada. Se a hipótese se
comprova válida, o pesquisador pode generalizar O modelo Rutherford-Böhr

O modelo atômico aceito atualmente pela
química começou a ser esboçado por Ernest Ru-
therford, no início do século XX. O pesquisador
inglês bombardeou uma lâmina finíssima de ouro
(com 10–4 mm de espessura) com partículas alfa,

MARCOS PINTO

ESTRUTURA DA MATÉRIA ATOMÍSTICA

emitidas por um material radiativo. Rutherford ELEMENTO QUÍMICO Diferenças e semelhanças
sabia que as partículas alfa têm carga elétrica po- é o conjunto de
sitiva e, no experimento, constatou que a maioria São os prótons, no núcleo atômico, que definem
das partículas alfa atravessava a lâmina de ouro átomos quimicamente um elemento químico. Cada elemento químico
sem sofrer nenhum desvio de trajetória. Mas iguais – ou seja, que tem um nome e é representado por um símbolo,
algumas delas se desviavam ou eram rebatidas que indica seu nome. Esse símbolo é composto
de volta ao colidir com a lâmina de ouro. têm o mesmo número de uma ou duas letras (sempre começando com
de prótons. maiúscula e terminando com minúscula), que
E, com base nessas observações, Rutherford muitas vezes se referem ao nome do elemento
chegou às seguintes conclusões: em latim. Veja alguns exemplos:

se a maioria das partículas alfa atravessou a ELEMENTO SÍMBOLO INDICA O NOME
lâmina sem se desviar, os átomos da lâmina Hidrogênio H hidrogenium
de ouro deviam ter grandes espaços vazios; Carbono C carbonium
se algumas partículas alfa foram rebatidas, Cálcio Ca calcium
então os átomos da lâmina deviam apre- Sódio Na natrium
sentar uma parte central muito pequena Fósforo P phosphorus
e densa – um núcleo; Ouro Au aurum
por fim, se outra parte das partículas alfa
(que têm carga positiva) sofreu algum des-
vio ao atravessar a lâmina, então o núcleo
dos átomos de ouro deve ter carga positiva
(lembre-se de que cargas iguais se repelem).

Com essas hipóteses, Rutherford só precisou Prótons e nêutrons
raciocinar: para equilibrar a carga elétrica po-
sitiva do núcleo, os vazios deviam ser povoados O número de prótons é chamado número atô-
de elétrons, de carga negativa. Daí surgiu o mico (Z). Por exemplo:
modelo atômico de Rutherford, que foi aper-
feiçoado pelo dinamarquês Niels Böhr, poucos para o átomo de ferro (Fe), que contém 26
anos depois. Esse modelo lembra o formato do prótons, Z = 26;
sistema solar, com o núcleo representando o para o sódio (Na), com 11 prótons, Z = 11.
Sol e os elétrons, os planetas. Nos anos 1930, os
nêutrons, sem carga elétrica, foram descobertos A soma do número de prótons (p) e o número
e incorporados ao modelo. de nêutrons (n) é o número de massa (A). O
número de prótons é o mesmo que o número
Com a descoberta do nêutron, o átomo teve atômico. Então:
seu modelo completado. Hoje, são bem conhe-
cidas as propriedades fundamentais de cada A=Z+n
uma dessas partículas.
A proporção entre o número de prótons e o de
núcleo nêutrons prótons elétrons nêutrons define algumas semelhanças e diferen-
ças entre os átomos:
O modelo Rutherford-Böhr descreve o
átomo como um minúsculo sistema solar ISÓTOPOS São átomos com o mesmo número
de prótons, mas com diferente número
PARTÍCULA CARGA MASSA MASSA (g) de nêutrons. Se têm o mesmo número de
SUBATÔMICA RELATIVA prótons, esses átomos têm o mesmo nú-
Próton (p) +1 1,67 . 10–24 mero atômico Z e, portanto, são um mes-
Nêutron (n) 0 1 1,67 . 10–24 mo elemento, com propriedades químicas
Elétron (e–) –1 9,1 . 10–28 semelhantes. Mas, devido à variação no
1 número de nêutrons, suas propriedades
22 GE QUÍMICA 2017 físicas podem diferir ligeiramente. Veja,
1 /1.840 como exemplo, os isótopos do cálcio (Ca):

Isótopo 1 do cálcio Isótopo 2 do cálcio
{ {20p 20p

Ca (Z = 20) 20 e– A = 41 Ca (Z = 20) 20 e– A = 42
21 n 22 n

Os isótopos de um elemento químico não átomo cede elétrons, é um íon positivo; se recebe
recebem nomes especiais. São identificados elétrons, é chamado íon negativo. Veja:
apenas como “isótopo”. No caso do cálcio, por
exemplo: CÁTIONS É o nome que se dá aos íons positivos
– ou seja, átomos que perderam elétrons e,
20Ca41 lê-se isótopo 41 do cálcio (cálcio-41) portanto, têm mais cargas positivas (dadas
20Ca42 lê-se isótopo 42 do cálcio (cálcio-42) pelos prótons). O total de elétrons cedidos
é sempre igual ao total de cargas negativas
O único elemento químico cujos isótopos rece- perdidas. Veja, no exemplo abaixo, como
bem nomes especiais é o hidrogênio. Veja: um átomo neutro de cálcio se transforma
num cátion:

ISÓTOPO NOME ESPECIAL Ca (Z = 20) 20 p perde Ca (Z = 20) 20 p Ca2+
prótio ou hidrogênio (Z = 1, A = 1) 20 e– 2 elétrons 18 e–
1H 1 cátion
1H 2 deutério (Z = 1, A = 2) átomo neutro (p = e–) p > e– 2 cargas de cálcio
1H 3 trítio ou tritério (Z = 1, A = 3) positivas

ISÓBAROS São átomos de elementos quími- TOME NOTA
cos diferentes que têm o mesmo número
de massa (A). Nesse caso, eles diferem tanto • Ca é o átomo de cálcio
em suas propriedades químicas quanto • Ca2+ é como se representa o cátion bivalente de
nas físicas. O cálcio (Ca), por exemplo, é
isóbaro do potássio (K). Veja: cálcio (com dois elétrons a menos)
Esse tipo de notação vale para qualquer cátion.

20 p 19 p ÂNIONS São átomos eletrizados negativa-
mente – ou seja, com mais cargas negativas
{ {Ca (Z = 20) 20 e– A = 40 K (Z = 19) 19 e– A = 40 (elétrons) do que cargas positivas (prótons).
20 n 21 n Para que um átomo neutro se torne um
ânion, ele tem de ganhar elétrons. O total
Repare que o número de prótons (Z) do cálcio de elétrons recebidos é sempre igual ao
é diferente do número de prótons do potássio. total de cargas negativas adquiridas. Veja
Então eles são elementos químicos distintos. como um átomo neutro de nitrogênio (N)
Ainda assim, têm o mesmo número de massa se transforma em ânion:
(A). A diferença está no número de nêutrons.

ISÓTONOS São átomos de elementos quími- N (Z = 7) 7 p ganha N (Z = 7) 7p N3–
cos distintos que têm diferentes número 7 e– 3 elétrons 10 e–
de massa (A) e número atômico (Z), mas ânion de
apresentam o mesmo número de nêutrons átomo neutro (p = e–) (e– > p) 3 cargas nitrogênio
(n). Nesse caso, a diferença está no número negativas
de prótons. São isótonos: 23GE QUÍMICA 2017

5B11 e 6C12 (boro-11 e carbono-12) TOME NOTA

P31 e S32 (fósforo-31 e enxofre-32) • N é o átomo de nitrogênio
• N3– é como se representa o ânion trivalente do
15 16
nitrogênio (com três elétrons a mais)
Elétrons Esse tipo de notação vale para qualquer ânion.

O número de elétrons (e–) e a relação entre esse Átomos neutros ou íons de elementos quími-
número e a quantidade de prótons, no núcleo, cos diferentes podem apresentar o mesmo nú-
também definem propriedades químicas impor- mero de elétrons. Quando isso ocorre, dizemos
tantes de um átomo. Íons são átomos que ganham que esses átomos são isoeletrônicos.
ou perdem elétrons numa ligação química. A
maioria dos átomos liga-se uns aos outros, a fim
de alcançar a estabilidade. Se, numa ligação, um

ESTRUTURA DA MATÉRIA ATOMÍSTICA

A organização dos elétrons Configuração eletrônica

A região ocupada pela nuvem de elétrons, Cada nível de energia da eletrosfera contém
em torno do núcleo, chama-se eletrosfera. Em diversos subníveis, identificados pelas letras
1913, Niels Böhr fez uma série de experimen- minúsculas s, p, d, f. Cada subnível comporta
tos que resultaram nos seguintes postulados a um número máximo de elétrons.
respeito da eletrosfera:
SUBNÍVEL NÚMERO MÁXIMO REPRESENTAÇÃO
os elétrons se movimentam em trajetórias DE ELÉTRONS
circulares, chamadas camadas ou níveis s s1–2
de energia. Cada um desses níveis tem um p 2 p1–6
valor energético; d d1–10
quanto mais externo for o nível, mais energia f 6 f1–14
ele tem;
um elétron que absorve energia (elétrica, 10
luz, calor, por exemplo) salta de uma camada
mais interna para outra mais externa; 14
um elétron que volta à sua camada interna
original libera a energia recebida na forma A forma como os elétrons se distribuem pelos
de ondas eletromagnéticas. subníveis é chamada configuração eletrônica.
Veja a tabela abaixo e acompanhe o raciocínio
A ciência conhece sete níveis de energia, para entender, passo a passo, como os elétrons
que podem abrigar até 112 elétrons. Por isso, se dispõem pelas camadas e subníveis:
dizemos que a eletrosfera se divide em sete
camadas eletrônicas, cada uma delas com o CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA
máximo possível de elétrons. Veja:
Camadas K (1) L (2) M (3) N (4) O (5) P (6) Q (7)
(níveis) 18 32 32 18 2

Nº máximo 2 8
de elétrons

Subníveis 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 5f14 6s2 6p6 6d10 7s2

K=1 • Cada subnível comporta um número máximo de elétrons:
s=2
L=2 p=6
d = 10
M=3 f = 14

N=4 • A camada 1 tem apenas o subnível s, onde cabem, no máximo,
dois elétrons.
O=5 CAMADA Número
• A camada 2 comporta oito elétrons, em dois subníveis, s e p.
P=6 Dois elétrons lotam o subnível s. Os outros seis elétrons vão
para o subnível p.
Q=7 (nível de máximo
• A camada 3 tem três subníveis: s, p e d. Os subníveis s e p já
energia) de elétrons contêm oito elétrons. A camada comporta mais dez elétrons,
no subnível d. No total, o nível M comporta 18 elétrons.
K (1) 2
L (2) 8 • As camadas 4 e 5 comportam 32 elétrons cada uma, em quatro
M (3) 18 subníveis: s, p, d e f.
N (4) 32
O (5) 32
P (6) 18
Q (7) 2

4s2 4p6 4d10 4f14 O número de elétrons
existentes nesta camada
4 é 2 + 6 + 10 + 14 = 32

Nível de Subnível Número de elétrons
energia no subnível

24 GE QUÍMICA 2017

A energia de um elétron depende da camada e SAIBA MAIS
do subnível que ele ocupa. Num átomo no estado
fundamental (sem elétrons excitados por alguma A QUÍMICA DOS FOGOS DE ARTIFÍCIO
forma de energia), os elétrons se distribuem
em ordem crescente seguindo as diagonais do Os fogos de artifício são fabricados basicamente de
diagrama de Linus Pauling. Veja: pólvora combinada com sais de diferentes elementos
químicos. A cor da luz produzida pela explosão é de-
1s Em cada linha horizontal estão listadas terminada por esse elemento: o lítio dá o vermelho; o
2s 2p as camadas com seus possíveis subníveis cálcio, o laranja; e o cobre, o azul.
3s 3p 3d de energia: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d...
4s 4p 4d 4f O processo de produção das cores chama-se lumines-
5s 5p 5d 5f Os elétrons se distribuem seguindo cência e ocorre quando elétrons excitados pelo calor
6s 6p 6d o zigue-zague mostrado pela linha da explosão da pólvora liberam essa energia de volta e
7s pontilhada azul: retornam para o nível menos energético do átomo. Veja
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d... o que acontece com os elétrons de um átomo quando
ele produz a luz colorida dos fogos.
O subnível mais energético é sempre o
último a receber elétrons na distribuição. KL
Nem sempre esse subnível pertence à
última camada 1.

Veja como se distribuem os elétrons do hidro- Imagine um átomo qualquer com seis elétrons. A distribuição normal
gênio e do sódio. O hidrogênio neutro (H) tem desses elétrons é: 1s2, 2s2, 2p2 – ou seja, dois elétrons na camada K (1),
apenas um próton e um elétron (não contém que só tem o subnível s, e quatro outros elétrons na camada L (2),
nêutrons). Então: dois no subnível s e outros dois no subnível p.

Esse elétron só pode estar na camada K (1); KLM
Como essa camada tem apenas um sub-
nível energético, a localização do elétron 2.
tem de ser 1s1
Para o sódio (Na), com 11 elétrons, o raciocínio Se o átomo recebe uma descarga de energia, como o calor da
é o mesmo: explosão da pólvora nos fogos de artifício, um dos elétrons que
Os elétrons vão se distribuindo pelas cama- ocupava o subnível mais energético salta para subníveis mais
das e, em cada uma delas, pelos subníveis, energéticos ainda – neste caso, para um subnível da camada M (3).
seguindo o zigue-zague de Linus Pauling:
1s2, 2s2, 2p6 e 3s1 KLM
Os elétrons mais energizados estão no último
subnível. Mas preste atenção no zigue-zague: 3.
nem sempre o último subnível está na última
camada. Essa é a camada de valência, que contém Um elétron não pode acumular essa energia. Por isso, logo devolve
os elétrons que participam das ligações químicas. a energia extra e retorna para o subnível energético original.
A devolução dessa energia para o meio ambiente se dá na forma
Repare na distribuição de elétrons do ferro e de luz colorida. O show pirotécnico acontece.
do bromo. Para o ferro (Z = 26):
TOME NOTA
• Subníveis: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
• Níveis: K = 2 L = 8 M = 14 N = 2 Os elétrons perdidos por um cátion (íon positivo)
• Subnível mais energético: 3d, com 6 elétrons são sempre aqueles da camada de valência, e não
• Camada de valência 4 (4s) com 2 elétrons do último subnível de distribuição. Então, para
identificar os elétrons que o cátion cede, você deve:
Para o bromo (Z = 35): 1. distribuir os elétrons do átomo neutro, segundo as
• Subníveis: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
• Níveis: K = 2 L = 8 M = 18 N = 7 camadas e os subníveis (em zigue-zague);
• Subnível mais energético: 4p, com 5 elétrons 2. identificar a camada de valência e dela retirar os
• Camada de valência 4 (4s2 e 4p5) com
elétrons cedidos a outro átomo.
7 elétrons
25GE QUÍMICA 2017
FERNANDO GONSALES

ESTRUTURA DA MATÉRIA TABELA PERIÓDICA

vez mais necessário um sistema de organização
que permitisse trabalhar com os elementos.
Houve várias tentativas (veja o quadro “Sai-
ba mais”, na pág. ao lado). A classificação que
prevaleceu foi a proposta pelo russo Dimitri
Mendeleev.

A tabela de Mendeleev

Em 1869, Mendeleev juntou as tentativas
anteriores e dispôs os elementos conhecidos
num quadro com doze linhas (na horizontal)
e oito colunas (na vertical). Na horizontal, os
elementos obedeciam à ordem crescente de
massa (dada pela soma do número de prótons
e o de nêutrons). Na vertical, apresentavam
características semelhantes. Mendeleev atribuía
as imperfeições da tabela a erros no cálculo das
massas. Ele tinha tanta certeza disso que deixou
alguns espaços vagos na tabela, para o encaixe
de elementos ainda não descobertos. Essas vagas

foram, depois, realmente preenchidas (veja na
tabela a seguir).

Mendeleev não acertou em tudo. Para ele,

por exemplo, as propriedades químicas de um

elemento eram dadas pela massa, como ima-

ginavam também seus contemporâneos. Hoje,

sabe-se que o que caracteriza um elemento

é o número de prótons, ou seja, o número

atômico (Z). Por isso, a tabela periódica usada

hoje é construída em função de Z. Seja como for,

[1] a ordem dos elementos não foi muito alterada,

INDIVIDUALIDADE ATÔMICA Cada elemento químico é um átomo com características específicas pois, na maior parte das vezes, a massa cresce

conforme o número de prótons. Foi por isso que

Mendeleev acertou na previsão dos elementos

Cada coisa químicos desconhecidos à sua época.
A disposição proposta por Mendeleev agru-

em seu lugar pa os elementos de acordo com características
importantes dos átomos. Acompanhe, a seguir,

Quem sabe ler a tabela periódica a identificação dessas características.

obtém dela informações sobre
diversas propriedades dos elementos
H Elementos conhecidos de Mendeleev
1.01
Elementos desconhecidos mas previstos por Mendeleev

A ciência conhece 118 elementos químicos. He Li Be B C N O F
Mas 26 deles não existem na natureza. 4.00 6.94 9.01 10.8 12.0 14.0 16.0 19.0
São átomos extremamente instáveis e,
por isso, só aparecem quando sintetizados em Ne Na Mg Al Si P S Cl
laboratório (veja o capítulo 4). 20.2 23.0 24.3 27.0 28.1 31.0 32.1 35.5

A descoberta dos elementos químicos foi Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni
feita paulatinamente. Até o fim do século XVII, 40.0 39.1 40.1 45.0 47.9 50.9 52.0 54.9 55.9 58.9 58.7
conheciam-se apenas 14 deles; um século depois, Cu Zn Ga Ge As Se Br
eram 33. Com o advento da ciência moderna, no 63.5 65.4 69.7 72.6 74.9 79.0 79.9
século XIX, 83 elementos foram identificados.
Com uma lista desse tamanho, tornava-se cada Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd
83.8 85.5 87.6 88.9 91.2 92.9 95.9 (99) 101 103 106
Ag In Sn Sb Te I
108 Cd 115 119 122 128 127
112

Xe Ce Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt
131 133 137 139 179 181 184 180 194 192 195
Au Hg Ti Pb Bi Po At
197 201 204 207 209 (210) (210)

Rn Fr Ra Ac Th Pa U
(222) (223) (226) (227) 232 (231) 238

26 GE QUÍMICA 2017

PERÍODOS São as sete linhas horizontais. To- Propriedades periódicas e aperiódicas
dos os elementos de um mesmo período têm
o mesmo número de camadas eletrônicas. As propriedades periódicas são aquelas cujos
valores crescem ou decrescem em função do
Elemento 1º PERÍODO número atômico e se repetem a cada grupo de
Hidrogênio (H) elementos. São propriedades periódicas o raio
Hélio (He) Uma camada Número de elétrons atômico, o potencial de ionização e a afinidade
K1 eletrônica (veja na página 29).
K2
As propriedades aperiódicas também dependem
Elemento 2º PERÍODO do número atômico, mas não se repetem regular-
Lítio (3Li) mente na tabela. Um exemplo de propriedade
Berilo (4Be) Duas camadas Número de elétrons aperiódica é a massa atômica, pois ela sempre
Boro (5B) K, L K = 2, L = 1 cresce com o aumento do número atômico, mas
Carbono (6C) K, L K = 2, L = 2 não se repete nunca entre todos os elementos.
Nitrogênio (7N) K, L K = 2, L = 3
Oxigênio (8O) K, L K = 2, L = 4 SAIBA MAIS
Flúor (9O) K, L K = 2, L = 5
Neônio (10N) K, L K = 2, L = 6 Uma classificação científica se baseia em diferenças e
K, L K = 2, L = 7 semelhanças. Foi isso o que os químicos começaram
K, L K = 2, L = 8 a procurar na relação de elementos, principalmente a
partir do século XIX.
FAMÍLIAS OU GRUPOS Correspondem às colu- Em 1817, o químico alemão Johann Wolfgang
nas. Na nomenclatura recomendada pela Döbereiner percebeu que, em alguns grupos de
União Internacional de Química Pura e três elementos que apresentavam propriedades
Aplicada (Iupac), as famílias são numera- semelhantes, a massa atômica (MA) de um deles
das de 1 a 18. sempre era a média aritmética da massa atômica dos
outros dois. Döbereiner organizou, então, grupos de
Os elementos de uma mesma família apresen- três elementos na chamada lei das tríades. As tríades
tam configurações eletrônicas semelhantes, o logo caíram, pois abrangiam um número pequeno de
que lhes confere, também, propriedades quími- elementos. Algumas tríades de Döbereiner:
cas semelhantes. Por exemplo: todos os elemen-
tos da família do berilo (Be) têm distribuição ELEMENTOS Z MÉDIA ARITMÉTICA
eletrônica que apresenta como característica
ns2, em que Cloro (Cl) 35,5
Bromo (Br)
n é o período em que se encontra o último Iodo (I) 80 80 ≈ 127 + 35,5
subnível de energia. Esse número cresce Cálcio (Ca) 2
conforme descemos pela coluna de uma Estrôncio (Sr)
mesma família; Bário (Ba) 127
Mas a configuração eletrônica de todos os
elementos da família do Be termina com 40
dois elétrons sempre no subnível s;
Isso significa que o berílio (Be) e todos os 88 88 ≈ 137 + 40
elementos abaixo dele têm dois elétrons na 2
camada de valência. E esses elétrons estão Li
sempre no subnível s de energia. Veja: 137 B Be

4Be 1s2 2s2 Em 1863, o geólogo francês Alexandre-Émile de Na
12Mg 1s2 ......3s2 Chancourtois tomou por base um cilindro e traçou Al Mg K
20Ca 1s2 ..............4s2 uma curva helicoidal (em forma de hélice) que dividia
38Sr 1s2 .....................5s2 o cilindro em 16 fatias verticais. Os elementos de Ca
56Ba 1s2 ...........................6s2 propriedades semelhantes caíam todos na mesma
88Ra 1s2 ..................................7s2 fatia. No mesmo ano, o químico inglês Alexander [2]
Reina Newlands colocou as massas atômicas em
ordem crescente e, com isso, organizou grupos de Os elementos dispostos no
sete elementos. Ele reparou que as propriedades se cilindro de Chancourtois,
repetiam no oitavo elemento – ou seja, ele encontrou quando lidos na vertical,
uma periodicidade, que foi chamada de lei das oitavas. apresentavam as mesmas
Essa classificação apresentava erros porque os valores propriedades químicas.
das massas atômicas estavam errados. Os átomos de berilo (Be),
magnésio (Mg) e cálcio (Ca),
[1] DAVID MACK/SCIENCE PHOTO LIBRARY [2] SSPL/GETTY IMAGES por exemplo, ligam-se a outros
átomos da mesma maneira

27GE QUÍMICA 2017

ESTRUTURA DA MATÉRIA TABELA PERIÓDICA
28 GE QUÍMICA 2017
TABELA PERIÓDICA

A ordem criada por Mendeleev permite
que se identifiquem as principais
características de cada elemento

Grupos ou famílias

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

1 HIDROGÊNIO 2

1H É um elemento especial, colocado em He
destaque na tabela porque apresenta
34 algumas características dos metais e 5 6 7 8 9 10
outras dos não metais. Este elemento
2 Li Be não se inclui em nenhum grupo. B C N O F Ne

11 12 13 14 15 16 17 18

3 Na Mg Al Si P S Cl Ar

Períodos 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54

5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

6 55 56 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

7 87 88 104 105 106 107 108 109 110 111 112

Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn

SÉRIE DOS 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
LANTANÍDEOS
SÉRIE DOS ACTINÍDEOS La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

TAMANHO OU RAIO DO ÁTOMO POTENCIAL DE IONIZAÇÃO OU ENERGIA DE IONIZAÇÃO AFINIDADE ELETRÔNICA E ELETRONEGATIVIDADE

O átomo não tem contorno nítido. Por isso, o conceito de raio atômico É também uma propriedade periódica – a energia necessária Afinidade eletrônica é a energia liberada quando um átomo isolado, no estado
dá apenas uma ideia da distância média do núcleo à região de para formar cátions, retirando um elétron de um átomo no gasoso, captura um elétron. Eletronegatividade é a capacidade de um átomo
máxima probabilidade de se encontrarem os elétrons do nível de estado gasoso. Quanto mais afastado do núcleo está o elétron, de se combinar com outros átomos atraindo seus elétrons. Para receber um
energia mais externo. Quanto mais camadas, maior o raio de um mais fácil é retirá-lo e, portanto, menor energia será necessária. elétron, um átomo precisa ter alguma eletronegatividade – uma força de
átomo. Entre átomos com o mesmo número de camadas, o tamanho é Então, quanto menor for o raio atômico, maior será a energia atração exercida pelos prótons. Quanto menor é o raio de um átomo, maior
definido pelo número de prótons no núcleo (Z): quanto mais prótons de ionização. Na tabela periódica, o potencial de ionização é sua força de atração. Os átomos mais eletronegativos são os que têm as
tiver um átomo, mais atraídos os elétrons serão e, portanto, menor cresce no sentido inverso ao do raio do átomo. maiores afinidades eletrônicas. Os elementos de maior afinidade eletrônica
será o raio. O tamanho dos átomos cresce conforme a família e o são os não metais. Os gases nobres, que são naturalmente estáveis, têm
período em que ele se encaixa. afinidade eletrônica nula. Por isso são excluídos do esquema ao lado.

METAIS AMETAIS OU SEMIMETAIS OU GASES NOBRES ELEMENTOS REPRESENTATIVOS
NÃO METAIS METALOIDES OU RAROS
• Constituem a maior Têm o último elétron num subnível s ou p.
parte dos elementos; • Podem ser sólidos, Propriedades entre as dos Naturalmente
• Exceto o mercúrio (Hg), são sólidos em líquidos ou gasosos; metais e as dos não metais: estáveis – ou seja, FAMÍLIAS OU GRUPOS O último elétron
condições normais de temperatura e • Propriedades inversas • Conduzem calor existem na natureza está no subnível
pressão; às dos metais; relativamente bem; na forma de átomos Metais alcalinos (coluna 1)
• Bons condutores de calor e eletricidade; • Têm, geralmente, • Conduzem eletricidade isolados, não Metais alcalino-terrosos (coluna 2) ns1
• Maleáveis e dúcteis (podem ser transfor- quatro ou mais elétrons relativamente bem; combinados com Família do boro (coluna 13) ns2
mados em fios); na camada de valência; • Nas condições normais de outros. Família do carbono (coluna 14) ns2 np1
• Geralmente apresentam quatro ou • Formam ânions. temperatura e pressão, Família do nitrogênio (coluna 15) ns2 np2
menos elétrons na camada de valência; são sólidos. Família dos calcogênios (coluna 16) ns2 np3
• Formam cátions. Família dos halogênios (coluna 17) ns2 np4
Família dos gases nobres (coluna 18) ns2 np5
ns2 np6

ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO

O último subnível preenchido
é nd ou nf.

GE QUÍMICA 292017

ESTRUTURA DA MATÉRIA LIGAÇÕES QUÍMICAS

JOGO DE MONTAR
Assim como blocos de
brinquedo, os elementos
químicos se combinam
conforme seu tamanho,
sua natureza e formato,
em ligações mais, ou
menos, estáveis

Como os átomos D os 92 elementos encontrados na natureza, ESTABILIDADE
se casam a maioria não existe na forma de átomo. QUÍMICA
No geral, as substâncias são formadas É uma estabilidade
Um elemento químico pode fazer por átomos combinados com outros. O ele- relacionada à energia
ligações cedendo, compartilhando mento oxigênio (O), por exemplo, está na água dos elétrons, e não
ou ganhando elétrons ligado ao hidrogênio (H) e no gás carbônico ao núcleo atômico.
ligado ao carbono (C). Até o gás oxigênio da É quimicamente
30 GE QUÍMICA 2017 atmosfera é uma combinação de dois átomos estável o átomo, ou
desse elemento. o grupo de átomos,
que tem elétrons em
Existe uma boa razão para isso: a configuração número adequado
eletrônica da maioria dos átomos deixa-os ins- para se manter
táveis. E, para alcançar a estabilidade química, energeticamente
os átomos se interligam. estável.

Oito na camada de valência NA PRÁTICA

Gilbert Lewis propôs, em 1916, um mo- TEORIA DO OCTETO TEORIA DO OCTETO
delo que explica como os átomos se ligam. A teoria do octeto não
Lewis se baseou no único grupo de elemen- explica com perfeição O sal de cozinha é o cloreto de sódio, um composto
tos que é encontrado na natureza em sua for- todos os tipos de iônico formado da combinação de átomos de sódio (Na)
ma elementar (como átomo isolado): os seis ligação química. As com átomos de cloro (Cl). Veja como se dá essa ligação:
gases nobres, ou gases raros – hélio (He), ligações que formam
neônio (Ne), argônio (Ar), criptônio (Kr), xenô- as substâncias No estado fundamental, o Na tem, ao todo,
nio (Xe) e radônio (Rn) –, todos pertencentes à metálicas, por 11 elétrons;
família 18 da tabela periódica. Esses elementos exemplo, são o átomo de Cl, também no estado fundamental,
são perfeitamente estáveis. Por isso, nunca se explicadas por teorias tem 17 elétrons no total.
combinam com outros na natureza. mais complexas,
que não constituem Verifique a configuração eletrônica de cada um
O ponto em comum que Lewis encontrou entre conteúdo do desses átomos:
os átomos dos gases nobres é que todos têm oito Ensino Médio.
elétrons em seu nível de valência (a última camada Configuração eletrônica Elétrons por camada
de elétrons). O único que foge à regra é o hélio K (1) = 2, L (2) = 8, M (3) = 1
(He): os dois elétrons desse elemento completam 11Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 K (1) = 2, L (2) = 8, M (3) = 7
a camada K (1). Daí surgiu a teoria do octeto, 17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
segundo a qual atinge a estabilidade o átomo que
tiver em sua última camada oito elétrons. Daí o A teoria do octeto diz: para serem estáveis, os
fato de os átomos se ligarem uns aos outros, para átomos devem ter oito elétrons na última camada.
compartilhar, ceder ou receber elétrons. Repare que:

DISTRIBUIÇÃO DOS ELÉTRONS DOS GASES NOBRES para o Na, é mais fácil ceder o elétron da
camada de valência, M (3), e ficar com os oito
Camada K L M N O P Q da camada L (2);
para o Cl, por outro lado, é mais fácil somar um
Gases (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) elétron aos sete já existentes na sua camada de
nobres valência, M (3). Veja:

2He 2 11Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 perde 1 elétron 11Na+: 1s2 2s2 2p6
10Ne 2 8
18Ar 2 8 8 Camada: K = 2 e– L = 8 e– M = 1 e– K = 2 e– L = 8 e–
36Kr 2 8 18 8
54Xe 2 8 18 18 8 Total de elétrons: 11 e– Total de elétrons: 10 e–
86Rn 2 8 18 32 18 8
17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 ganha 1 elétron 17Cl–: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

DOIS É BOM, OITO É MELHOR Com exceção do hélio (He), todos Camada: K = 2 e– L = 8 e– M = 7 e– K = 2 e– L = 8 e– M = 8 e–
os gases nobres têm oito elétrons na camada de valência. Com esse
número, esses átomos não precisam se combinar com nada. Para o Total de elétrons: 17 e– Total de elétrons: 18 e–
He bastam dois elétrons para completar a camada K (1).
Ao perder o único elétron que tem na camada de
Ligação iônica valência, o átomo de Na ficou com oito elétrons
na última camada, L (2).
É um dos tipos de ligação química explica- De outro lado, o átomo de Cl pegou o elétron
dos pela teoria do octeto. As ligações iônicas cedido pelo Na e completou a camada de valência,
ocorrem entre átomos de eletronegatividade M (3), com oito elétrons.
diferente – ou seja, um átomo que apresenta A ligação criou dois íons: o Na, que cedeu um
grande capacidade de atrair elétrons de outro, elétron, transformou-se num cátion (Na+). O Cl,
com capacidade menor. É o caso da ligação entre que recebeu um elétron, é agora um ânion (Cl–).
metais e não metais. Trata-se de uma ligação iônica.

A ligação é feita pela transferência de elétrons. Compare a configuração eletrônica final dos dois
E se chama ligação iônica porque transforma íons com a distribuição dos elétrons nos gases
átomos neutros em íons – cátions (que cederam nobres, na tabela ao lado. Observe que o cátion Na+
elétrons) e ânions (que receberam elétrons). O ficou com distribuição eletrônica igual à do neônio
resultado é um composto iônico. (Ne). Já a configuração do ânion cloreto (Cl–),é igual
à do argônio (Ar). Ou seja, os íons Na+ e Cl– são tão
Ligações iônicas – ou seja, as que unem átomos estáveis quanto um gás nobre.
na forma de cátions (com carga elétrica positiva)
a ânions (com carga elétrica negativa) são muito

ISTOCK 31GE QUÍMICA 2017

ESTRUTURA DA MATÉRIA LIGAÇÕES QUÍMICAS

fortes. E os íons unidos formam um aglomera- Numa ligação covalente normal, os átomos con-
tribuem com o mesmo número de elétrons a serem
do chamado retículo cristalino. Veja como é compartilhados. Os compostos formados por esse
o retículo cristalino do cloreto de sódio (NaCl): tipo de ligação não contêm íons. São chamados
moléculas. É assim que se formam algumas das
Cl– Na+ Cl– Na+ Cl– substâncias mais importantes para a vida, como
a água e os gases hidrogênio e oxigênio.
Na+ Na+
Cl– Na+ Cl– O número de elétrons compartilhados indica o
número de ligações covalentes entre os átomos.
Cl– Na+ Na+ Cl– Veja o caso do gás oxigênio (O2), formado por
dois átomos desse elemento (O):
Cl–
O elemento químico O é um ametal (per-
O flúor (F) e o alumínio (Al) podem formar um tence à família 16, dos calcogênios). Como
composto iônico chamado fluoreto de alumínio. os demais elementos dessa família, o O tem
Siga o raciocínio, passo a passo, para descobrir seis elétrons na camada de valência (veja
a fórmula desse composto: na pág. 26). Sua configuração eletrônica é
1s2 2s2 2p4, em que L (2) = 6.
Primeiro, fazemos a configuração eletrô- Com esses seis elétrons na camada L (2),
nica de cada um dos átomos e verificamos cada átomo O precisa de mais dois elétrons
o número de elétrons que cada um deles para completar o octeto e ficar estável, com
tem na camada de valência: configuração semelhante à de um gás nobre,
o neônio (Ne): 1s2 2s2 2p6, em que L (2) = 8.
Configuração eletrônica Elétrons na camada de valência Um átomo O pode receber esses dois elé-
trons de um metal, numa ligação iônica.
13Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 M (3) = 3 Mas numa ligação com outro elemento não
9F: 1s2 2s2 2p5 L (2) = 7 metal (ametal), a ligação será covalente.
Para que dois átomos O se unam, eles preci-
TOME NOTA O Al tem apenas três elétrons na camada de sam compartilhar dois elétrons da camada
valência. É mais fácil para o átomo ceder de valência. Estabelecem-se, então, duas
Um átomo neutro e seu esses três elétrons e ficar estável com os ligações covalentes – uma ligação dupla.
íon têm propriedades oito da camada anterior. Mas o F já tem sete
químicas diferentes. elétrons na última camada. Precisa só de NA PRÁTICA
Por exemplo: mais um para ficar estável, com oito elétrons.
• O sódio (Na) em contato Isso significa que são necessários três LIGAÇÃO COVALENTE
com a pele causa átomos de F para receber os três elétrons
queimaduras e reage cedidos pelo Al. Ou seja, no composto flu- O gás hidrogênio é formado por dois átomos desse
com o ar e a água. oreto de alumínio, o Al tem de se ligar a elemento. Veja como esses dois átomos se interligam:
• O cloro (Cl) na forma de três átomos de F.
gás é altamente tóxico. Ao ceder os elétrons, o Al se transforma no • Cada átomo de hidrogênio (H) tem número atômico
• Já o cloreto de sódio cátion de valência 3+ (Al3+). E cada átomo de F 1 (um próton) e, portanto, um único elétron: H (Z = 1)
(NaCl), formado pelos se transforma num ânion de valência 1– (F–). com distribuição eletrônica 1s1
íons de cloro e sódio, é Então, a fórmula será AlF3. O índice 3, no pé • Nos dois átomos, esse elétron só pode estar na
nosso inofensivo sal de da letra F de flúor, representa três átomos camada K (1): 1s1.
cozinha. desse elemento. • Para ficarem estáveis, os átomos precisam
completar a camada K, que deve ter dois elétrons.
Ligação covalente Então, eles compartilham seu único elétron, numa
ligação covalente.
É outro tipo de ligação explicada pela teoria • Desse modo, cada átomo H fica com a configuração
dos octetos. Mas, ao contrário da ligação iônica, eletrônica 1s2, igual à de um gás nobre, o hélio (He).
a ligação covalente ocorre com átomos que têm Graficamente, é isto o que acontece:
eletronegatividades próximas – por exemplo,
entre dois não metais. Nesse caso, os átomos HH HH
compartilham elétrons. Há dois tipos de ligação
covalente: a normal e a dativa (ou coordenada). átomos isolados molécula de H2

32 GE QUÍMICA 2017

Ligação covalente dativa Ligação metálica

Também chamada de ligação coordenada, É a ligação química entre elementos classi-
ocorre quando um átomo “empresta” um par de ficados como metais. Essa ligação não forma
elétrons para outro. Só faz uma ligação covalente moléculas, nem se explica pela teoria do oc-
dativa o átomo que: teto. Essa ligação se dá com parte dos átomos
perdendo os elétrons da camada de valência e
já tem todas as ligações covalentes normais formando cátions. Nos metais, muitos cátions
necessárias para alcançar a estabilidade; estão envolvidos por uma quantidade enorme
mantém na camada de valência ao menos de elétrons livres – um mar de elétrons.
um par de elétrons livres, não envolvidos
em nenhuma ligação; Um metal se mantém sólido à temperatura
seja menos eletronegativo que o outro áto- ambiente (com exceção do mercúrio, Hg) por
mo (se for mais eletronegativo, ele será causa da força de atração entre os elétrons
incapaz de emprestar elétrons). livres e os cátions, que é muito intensa.
Note que a ligação covalente dativa é seme-
lhante à ligação covalente normal, já que, nos Propriedades das substâncias
dois casos, temos envolvido um par de elétrons.
A diferença é que: As substâncias iônicas se caracterizam por:
na covalente normal, cada átomo cede um Pontos de fusão e ebulição (PF e PE)
elétron para formar o par compartilhado; muito elevados;
na dativa, os dois elétrons do par compar- Estado físico sólido à temperatura am-
tilhado saem de apenas um dos átomos. biente (25 °C). São cristais duros;
Condutividade elétrica: não conduzem
NA PRÁTICA corrente elétrica em seu estado sólido, mas
sim no estado líquido, ou quando dissolvi-
LIGAÇÃO COVALENTE DATIVA das em água.

O ozônio, composto de três átomos de oxigênio (O3), Substâncias moleculares se caracterizam por:
inclui uma ligação covalente dativa. Veja na ilustração PE e PF baixos quando comparados aos
abaixo: das substâncias iônicas;
Estado físico variável à temperatura am-
biente (25 oC);
Condutividade elétrica: as substâncias mo-
leculares (substâncias puras) não conduzem
corrente elétrica em nenhum estado físico.
Mas, em solução aquosa em que se formam
íons, são bons condutores de eletricidade;

Fórmula eletrônica Fórmula molecular As características principais dos metais são:
ou Fórmula estrutural PE e PF elevados;
O3 Estado físico: são sólidos à temperatura
fórmula de Lewis SO2 ambiente (25 oC), com exceção do mercúrio
(Hg). Os metais são maleáveis, dúcteis (ca-
x x x pazes de produzir fios), no geral brilhantes.
O x Condutividade elétrica alta. São também
O O O OO bons condutores de calor.

xx

x x x
S x
O O O SO

xx

AS PROPRIEDADES DE ALGUNS TIPOS DE SUBSTÂNCIA

Compostos iônicos Compostos moleculares Metais

ATENÇÃO Substância NaCl CaO HCl H2O Fe Al
(cloreto de sódio) (óxido de cálcio, (ácido clorídrico)
Nem sempre a ligação ou cal virgem) (água) (ferro) (alumínio)
covalente dativa é indicada
por seta, mas por traço, PF (°C) 801 2.614 –114,8 0 1.538 660
como são indicadas as
covalentes comuns. PE (°C) 1.413 2.800 –84,9 100 2.862 2.519

Estado físico sólido sólido gás líquido sólido sólido

33GE QUÍMICA 2017

ESTRUTURA DA MATÉRIA LIGAÇÕES QUÍMICAS

Fórmulas Se o cátion A tem valência x+, então pre-
cisará se ligar a x átomos do elemento B;
Os compostos são representados por fórmulas. Se o ânion B tem valência y–, então preci-
Existem fundamentalmente três tipos de fórmula: sará de y átomos do elemento A.
a química, a eletrônica e a estrutural, que repre-
sentam os compostos iônicos e os moleculares. Veja, abaixo, uma forma prática de definir a
fórmula de um composto iônico.
Não existem fórmulas para os metais puros
nem para as ligas metálicas. Os metais puros NA PRÁTICA
são representados apenas pelo símbolo do ele-
mento químico que o constitui: Fe para ferro, FÓRMULA DE COMPOSTO IÔNICO
W para tungstênio e Au para ouro puro (24
quilates). As ligas metálicas são representadas Raciocínio simples para igualar o número de
comumente pela porcentagem de cada metal elétrons cedidos e recebidos num composto
que a constitui. Por exemplo: o ouro 18 quilates iônico:
tem 75% de ouro (Au).

Fórmula química é a que indica o tipo e o
número de átomos envolvidos numa ligação:

H2SO4 Ax+ B y– Ay Bx

O composto Os índices indicam que o composto Perceba que íons com cargas opostas (1+ e 1–,
agrega hidrogênio leva dois átomos de hidrogênio (H) ou 3+ e 3–) se ligam na proporção de um para um
(H), enxofre (S) e para um átomo de enxofre (S) e (1:1). Por exemplo, na ligação entre os íons cálcio
oxigênio (O) quatro de oxigênio (O) (Ca2+) e oxigênio (O2–), a fórmula do composto
é apenas CaO, porque basta um átomo de cada
elemento para garantir a estabilidade.

Para descobrir a natureza de um composto e
sua fórmula, é preciso:

1. Conhecer o número de elétrons em sua
camada de valência, lembrando que:

Metais têm, geralmente, até quatro elétrons
na camada de valência;
Ametais têm de quatro a sete elétrons nessa
camada.

2. Entender como esses elétrons participam TOME NOTA
da ligação atômica:
Ligações entre átomos de diferentes metais constituem
Entre ametais, as ligações são sempre co- as ligas metálicas. Veja alguns exemplos de ligas:
valentes. O número de elétrons que falta para
o octeto de cada átomo é igual ao número de Liga Ligação entre Utilização
ligações covalentes que cada átomo deve fazer. metálica
Aço Fe + C (ferro e carbono) Estruturas metálicas
Num composto iônico, entre metais e ametais,
os elétrons se combinam de outra maneira: Latão Cu + Zn (cobre e zinco) Instrumentos musicais,
bijuterias, torneiras
Metais doam todos os elétrons da camada Bronze
de valência e se transformam em cátions Cu + Sn (cobre e Estátuas e sinos
com valência (ou carga) 1+, 2+ ou 3+; Ouro 18 estanho)
Ametais recebem os elétrons que restam quilates
para completar o octeto e transformam-se Au + Ag + Cu (ouro, Joias
em ânions com valência 3–, 2– ou 1–. prata e cobre)

3. Por fim, a fórmula de um composto iônico
deve igualar o número de elétrons cedidos ao
número de elétrons recebidos entre os átomos:

34 GE QUÍMICA 2017

A fórmula eletrônica, também chamada NA PRÁTICA
fórmula de Lewis, representa os elétrons da
camada de valência de cada átomo e as ligações DISTRIBUIÇÃO ATÔMICA E LIGAÇÕES
entre eles, sejam elas iônicas, sejam covalentes
(veja abaixo). Considere um elemento químico E em sua forma
neutra que tem número atômico igual a 38. 
PARA LIGAÇÃO IÔNICA O cloro (Cl) fica com
oito elétrons na a) Que tipo de ligação E tem tendência a realizar?
Na+ + Cl – camada de valência Primeiro, você deve saber que o número de
e carga 1– elétrons num átomo é igual ao número de prótons,
O sódio (Na) cede o número atômico (Z). Então, E tem 38 elétrons.
seu único elétron da
última camada e fica Segundo, lembre-se dos conceitos de ânion e cátion.
com carga 1+ Ânion é o íon de carga elétrica negativa – ou seja,
um átomo que para atingir a estabilidade precisa
PARA LIGAÇÃO COVALENTE NORMAL ganhar elétrons.
Cátion é o oposto: um íon de carga positiva, com
OO tendência a doar elétrons.
 
Átomo de Cada átomo O tem Os dois átomos Para descobrir se E tende a ganhar ou perder
oxigênio (O) seis elétrons na compartilham dois elétrons, é preciso fazer a configuração eletrônica,
camada de valência elétrons em duas distribuindo pelas camadas os 38 elétrons:
ligações covalentes Para E:  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2  

PARA LIGAÇÃO COVALENTE DATIVA Pela teoria do octeto, para se estabilizar,
um átomo deve ter 8 elétrons na última camada
O SO – a camada de valência. No caso de E, a última
camada é a 5 (ou O), na qual existem apenas 2
O átomo de enxofre (S) Com este outro átomo O, elétrons (5s2).
compartilha um par de o átomo S estabelece Para ficar com 8 elétrons na última camada, é
elétrons com um dos átomos duas ligações covalentes mais fácil para E perder os 2 elétrons da camada
de oxigênio (O) por ligação normais de valência do que ganhar 6 elétrons de outro
covalente dativa elemento químico qualquer. Repare que, cedendo
esses dois elétrons de 5s2, E ficará com 8 deles na
A fórmula estrutural representa apenas os camada N (4s2 4p6).
dois tipos de ligação covalente, as covalentes
normais e as dativas. As ligações covalentes Assim, E tem tendência a doar elétrons numa ligação
normais são indicadas por traços, e as dativas, iônica (quando a ligação acontecer com um átomo
por setas. Veja como uma molécula de água é que tem tendência a receber elétrons) ou metálica
representada pelos três tipos de fórmula: (quando a ligação acontecer com um outro átomo
com a mesma tendência a doar elétrons).
Fórmula eletrônica HOH
Fórmula estrutural O b) Esse elemento químico formará um cátion ou
Fórmula molecular um ânion?
HH Agora ficou fácil: se a tendência é de ceder
H2O elétrons, o átomo formará um cátion.

 
c) Represente a fórmula do composto neutro

formado por E e o elemento químico Q, que tem
um só elétron na camada de valência.
Temos E2+ e  Q1–
Lembrando o raciocínio para igualar o número
de elétrons cedidos e recebidos no composto,

ficamos com E1Q2.Ou seja: um átomo de E e dois

átomos de Q formam um composto neutro.

35GE QUÍMICA 2017

COMO CAI NA PROVA

1. (UFRN 2013) O efeito fotoelétrico está presente no cotidiano, por exemplo, RESOLUÇÃO

no mecanismo que permite o funcionamento das portas dos shoppings e nos A questão pede que você domine conceitos básicos da química. Analisando cada
sistemas de iluminação pública, por meio dos quais as lâmpadas acendem e uma das alternativas:
apagam. Esse efeito acontece porque, nas células fotoelétricas, os metais emitem a) Incorreta. A tabela traz dados do isótopo estável do tungstênio – o elemento
elétrons quando são iluminados em determinadas condições. O potássio e o em seu estado neutro. Isso significa que o número de elétrons é igual ao número
sódio são usados na produção de determinadas células fotoelétricas pela relativa de prótons. Você deve se lembrar que o número de prótons equivale ao número
facilidade de seus átomos emitirem elétrons quando ganham energia. Segundo atômico (Z). Segundo a tabela, o número atômico do tungstênio é 74. Portanto,
sua posição na Tabela Periódica, o uso desses metais está relacionado com o número de elétrons é também 74.
b) Correta. Basta fazer a distribuição eletrônica dos 74 elétrons, no diagrama
a) o baixo valor do potencial de ionização dos átomos desses metais. de Linus Pauling:
b) o alto valor da afinidade eletrônica dos átomos desses metais. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d4.
c) o alto valor da eletronegatividade dos átomos desses metais. c) Incorreta. O número de massa é a soma do número atômico com o número
d) o alto valor do potencial de ionização dos átomos desses metais. de nêutrons (A = Z + N). Sabemos que Z = 74. Portanto, N = 184 – 74 → N = 110
d) Incorreta. Já vimos que o número de massa (184) é a soma do número de
RESOLUÇÃO prótons com o de nêutrons.
e) Incorreta. Como já verificamos na análise da alternativa c, o número de
O potencial de ionização é a energia necessária para retirar um elétron de um nêutrons é 110.
átomo, em uma substância que está em estado gasoso. Essa medida indica a Resposta: B
capacidade de perda de elétrons de cada elemento químico. Os metais alcalinos
pertencem ao grupo I – lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs) e 3. (CFTMG 2016) Observe os dois gráficos de variação da temperatura ao
frâncio (Fr). São elementos que estão na primeira coluna da tabela periódica (afora
o hidrogênio, que é um elemento especial). Os átomos desse grupo necessitam de longo do tempo, disponibilizados abaixo:
pouca energia para perder elétrons da camada de valência (da última camada).
Lembrando, ainda: um átomo que perde seus elétrons de valência transforma-se
num cátion; e o potencial de ionização cresce na proporção inversa ao raio do
átomo – quanto maior o raio, menor será o potencial de ionização.
Resposta: A

2. (Unesp 2016) Leia o texto e examine a tabela para responder a questão

a seguir.
O ano de 2015 foi eleito como o Ano Internacional da Luz, devido à importância
da luz para o Universo e para a humanidade. A iluminação artificial, que garantiu
a iluminação noturna, impactou diretamente a qualidade de vida do homem e o
desenvolvimento da civilização. A geração de luz em uma lâmpada incandescente
se deve ao aquecimento de seu filamento de tungstênio provocado pela passagem
de corrente elétrica, envolvendo temperaturas ao redor de 3.000 oC.

Algumas informações e propriedades do isótopo estável do tungstênio estão
apresentadas na tabela.

Símbolo W Um dos gráficos corresponde ao perfil de uma substância pura e o outro, ao
perfil de uma mistura.
Número atômico 74 O período de tempo que a substância pura permanece totalmente líquida e a
temperatura de ebulição da mistura, respectivamente, são
Número de massa 184 a) 5s e 10 oC.
Ponto de fusão 3.422 oC b) 5s e 100 oC.
c) 10s e 50 oC.
Eletronegatividade (Pauling) 2,36 d) 10s e 60 oC.
Densidade 19,3 g . cm–3

A partir das informações contidas na tabela, é correto afirmar que o átomo RESOLUÇÃO
neutro de tungstênio possui
a) 73 elétrons. Primeiro, você deve identificar o gráfico que se refere a mudanças de estado de
b) 2 elétrons na camada de valência. uma substância pura. É o segundo gráfico, pois só substâncias puras permanecem
c) 111 nêutrons. com a temperatura constante durante as mudanças de estado. Repare que esse
d) 184 prótons. gráfico mostra o comportamento da substância conforme a temperatura desce.
e) 74 nêutrons. Portanto, o primeiro patamar de temperatura constante refere-se à passagem de
gás para líquido (condensação), e o segundo, à passagem do estado líquido para

36 GE QUÍMICA 2017

RESUMO

o sólido (solidificação). O período em que a substância permanece totalmente Estrutura da matéria
líquida está no intervalo de 10 s a 15 s – ou seja, a substância permanece no
estado líquido durante 5 s. SUBSTÂNCIA E MISTURA Durante a mudança de estado, a
temperatura de uma substância não se altera. Já numa mistura,
SUBSTÂNCIA PURA
a temperatura se altera nas mudanças de estado. As misturas
G G–L cuja temperatura varia no ponto de ebulição são eutéticas.
Aquelas nas quais a temperatura varia no ponto de fusão são
L L –S azeotrópicas. Misturas homogêneas têm apenas uma fase;
heterogêneas são aquelas que têm mais de uma fase.

A segunda parte da questão pede a temperatura de ebulição da mistura – infor- MODELOS ATÔMICOS Modelo de Dalton: o átomo é uma esfera
mação que deve ser obtida da leitura do primeiro gráfico. Para uma mistura, a maciça e indivisível. Modelo de Thomson: o átomo é como um
temperatura pode variar nas mudanças de estado, pois cada substância tem seu pudim de passas, com os elétrons incrustados no núcleo. Modelo
próprio ponto de fusão e de ebulição. Temperatura de ebulição é a temperatura Rutherford-Böhr: um núcleo com elétrons circulando em volta.
na qual ocorre tanto a ebulição (no aquecimento) quanto a condensação (ou
liquefação), no resfriamento. Desta vez, o gráfico mostra a reação da mistura ao PRÓTONS, NÊUTRONS E ELÉTRONS O número de prótons é
aquecimento. Identificando as mudanças de estado, temos: o número atômico (Z). A soma do número atômico com o nú-
mero de nêutrons resulta no número de massa (A). Isótopos:
MISTURA átomos de mesmo Z, mas com diferente número de nêutrons,
e, portanto, diferentes A. A relação entre o número de prótons e
TEMP. DE EBULIÇÃO L –G G o de elétrons define as propriedades químicas dos átomos. Íons
S–L L são átomos que ganham ou perdem elétrons. Cátions perdem
elétrons, ânions ganham.
S
NÍVEIS E SUBNÍVEIS DE ENERGIA Os elétrons se distribuem
por sete camadas, chamadas níveis de energia. Essas camadas
podem ser nomeadas por letras, e cada uma delas comporta
um número máximo de elétrons:

Pelo gráfico, podemos concluir que na mistura o ponto de ebulição – quando a 1234567
substância passa do estado líquido para o gasoso – é de 100 oC.
Resposta: B CAMADAS K LMNO P Q

4. (Unesp 2015) Alguns historiadores da Ciência atribuem ao filósofo ELÉTRONS 2 8 18 32 32 18 2

pré-socrático Empédocles a Teoria dos Quatro Elementos. Segundo essa teoria, SUBNÍVEIS DE ENERGIA Cada nível de energia é dividido em
a constituição de tudo o que existe no mundo e sua transformação se dariam a subníveis. Existem quatro subníveis: s, p, d e f. E cada um desses
partir de quatro elementos básicos: fogo, ar, água e terra. Hoje, a química tem subníveis também comporta um número máximo de elétrons:
outra definição para elemento: o conjunto de átomos que possuem o mesmo
número atômico. Portanto, definir a água como elemento está quimicamente SUBNÍVEIS s pd f
incorreto, porque trata-se de: 2 6 10 14
NÚMERO
a) uma mistura de três elementos. DE ELÉTRONS
b) uma substância simples com dois elementos.
c) uma substância composta com três elementos. O diagrama de Pauling define a ordem em que os elétrons se
d) uma mistura de dois elementos. distribuem pelos níveis e seus respectivos subníveis: 1s2 2s2 2p6
e) uma substância composta com dois elementos. 3s2 3p6 4s2 3d10... A camada de valência é a última camada a
conter elétrons, independentemente do subnível em que esses
RESOLUÇÃO elétrons se encontram.

Você deve se lembrar da fórmula química da água: H2O. Portanto, a água não é LIGAÇÕES ATÔMICAS Teoria do octeto: os átomos se ligam
uma substância simples, porque é formada de dois elementos químicos, hidrogênio preenchendo camada de valência com oito elétrons. Ligações
e oxigênio, representada por uma única fórmula. Também não é uma mistura. iônicas unem cátions a ânions. Quanto mais eletronegativo
Misturas são formadas por dois ou mais compostos químicos, cada um deles for um átomo, maior será sua força de atração sobre elétrons
com sua fórmula. Por exemplo, a água salgada: água (H2O) mais cloreto de sódio de outro átomo. Nas ligações covalentes, os átomos de ele-
(NaCl). Essas fórmulas não se alteram porque os dois compostos foram misturados. tronegatividade próxima compartilham elétrons. Nas ligações
Resposta: E covalentes dativas, os elétrons compartilhados pertencem
originalmente a apenas um dos átomos.

37GE QUÍMICA 2017

2 AS TRANSFORMAÇÕES

CONTEÚDO DESTE CAPÍTULO

Infográfico: gases da atmosfera .................................................................40
Substâncias inorgânicas ...............................................................................42
Reações químicas ............................................................................................45
Óxidos ..................................................................................................................50
Cinética química..............................................................................................52
Como cai na prova + Resumo.......................................................................56

Esperança contra as
mudanças climáticas

Em acordo inédito, 195 nações se comprometem a
tomar medidas para deter o aquecimento global e
ajudar as nações mais pobres a se adaptar à nova era

E m dezembro de 2015, representantes de 195 que abafa o planeta. Segundo o IPCC, se nada
nações reuniram-se em Paris, na 21ª Con-
ferência das Partes (COP21), da Convenção for feito, a Terra poderá ter um aumento na
das Nações Unidas sobre a Mudança do Clima,
e chegaram a um consenso histórico: é preciso temperatura média de quase 8% até 2100.
tomar medidas para diminuir a temperatura da
Terra em 1,5 oC e para evitar que, ao longo deste Os termômetros já subiram 1 oC, entre o fi-
século, qualquer aumento nessa temperatura
fique num patamar bem abaixo de 2 oC sobre a nal do século XIX e o ano de 2015. E esse grau
temperatura do período anterior à Revolução
Industrial, no século XIX. Concordaram, também, centígrado extra já é suficiente para derreter as
em ajudar financeiramente os países em desen-
volvimento, para ajudá-los a se adaptar à nova calotas polares e a neve no alto das montanhas,
era. Essas conquistas merecem comemoração.
No entanto, todas as medidas são voluntárias, ou elevando o nível dos mares e interferindo nas
seja, por ora, não passam de promessas.
correntes marinhas. Provoca, também, mudanças
O aquecimento global tem efeitos dramáticos.
De acordo com a série de relatórios do Painel nos regimes de ventos e chuvas, aumentando a
Intergovernamental sobre Mudança do Clima
(IPCC), da Organização das Nações Unidas ocorrência de secas e enchentes. Tudo isso é um
(ONU), o grande responsável por essa intensi-
ficação é o homem, que desmata grandes áreas sério risco à biodiversidade e à própria alimenta-
e queima combustíveis fósseis, como petróleo,
carvão mineral e gás natural. Os compostos ção humana. Sem clima estável, espécies animais
com carbono liberados na queima de petróleo,
carvão mineral e gás natural, e nas queimadas e vegetais não sobrevivem, e a agricultura pode
de florestas, reagem com outras substâncias no
ar e deixa como produto gás carbônico (CO2), se ver incapaz de produzir alimento para os mais

38 GE QUÍMICA 2017 de 7 bilhões de habitantes da Terra.

No infográfico da página 40 você vê as reações

químicas que liberam carbono na atmosfera, agra-

vando o efeito estufa e

causando outro fenô-

meno meteorológico ERA GELO,

prejudicial ao planeta, VIROU ÁGUA

a destruição da cama- O aquecimento global

da de ozônio. Nas aulas é acusado de acelerar

seguintes, você entende o derretimento de

um pouco mais sobre as geleiras como esta, no

reaçõesentrediferentes Alasca, lançando ao mar

tipos de compostos. grandes icebergs

ISTOCK 39GE QUÍMICA 2017

AS TRANSFORMAÇÕES INFOGRÁFICO

Você respira química

A atmosfera da Terra é uma mistura de gases. Fenômenos atmosféricos,
como o aumento do efeito estufa e o buraco na camada de ozônio,
são resultado da combinação de fenômenos físicos com os químicos

REAÇÃO AÉREA Raios 2 Reflexão
de sol
1 Radiação A atmosfera funciona como as paredes
de vidro de uma estufa: reflete de volta
Os raios de sol se para o espaço cerca de 30% da energia
propagam por solar que aqui chega.
radiação – ou seja,
na forma de ondas.
É assim que a luz
atravessa o espaço
sideral.

3 Agitação Atmosfera 4 Prisão do calor 5 Pré-era industrial

Os restantes 70% da energia se Ao bater no solo, no mar ou em Antes da Revolução
espalham pela atmosfera, qualquer objeto na superfície do Industrial, na segunda
aquecendo as moléculas dos planeta, a energia é refletida de metade do século
gases que compõem o ar. volta para o ar e não consegue XVIII, a concentração
Essa energia aumenta a atravessar toda a atmosfera, de de CO2 era de 0,027% –
agitação das moléculas. volta para o espaço sideral. Então, ou seja, a cada
ela é absorvida pelas moléculas 1 milhão de litros de ar,
1% Outros gases, do ar – é o efeito estufa. apenas 270 eram CO2.
inclusive os do efeito estufa
79%
Dióxido de
Nitrogênio (N2) Carbono (CO2)

20% Metano (CH4)

Oxigênio (O2) Óxido Nitroso (N2O)

Ozônio (O3) CO2 NA ATMOSFERA 400
Litros de CO2 para cada
Composição do ar milhão de litros de ar Hoje
Poucos gases absorvem a energia solar. Junto a outros, os gases do
efeito estufa integram bem menos de 1% do volume de gases 270
atmosféricos. Os principais são dióxido de carbono (CO2) e metano
(CH4). São gases importantes para o surgimento e a manutenção da séc. XVIII
vida no planeta. Sem eles, a Terra teria uma temperatura mínima
de –18 ºC. Mas o aumento de sua concentração tem efeitos danosos.

MULTI/SP

40 GE QUÍMICA 2017

COMO OS CFCs DESTROEM A CAMADA DE OZÔNIO

Os CFCs – compostos de carbono e flúor – interferem no ciclo natural do ozônio e diminuem a concentração desse gás na atmosfera

Processo natural Com o gás CFC O Cl livre choca-se com uma O ClO volta a bater Esse Cl quebra outra
As moléculas de oxigênio (O2) Uma molécula de CFC, molécula de ozônio e lhe num O3 , forma duas molécula O3. O ciclo se
se combinam em moléculas de como CFCl3 , é quebrada rouba um átomo de oxigênio, moléculas O2 e libera repete indefinidamente,
ozônio (O3), que voltam a se pelos raios ultravioleta formando o radical livre ClO. um átomo Cl. e a camada de ozônio
dividir em duas moléculas O2 , (UV) e libera um Cl. fica cada vez mais rala.
num ciclo permanente. ClO Cl
Cl

O3 O O2 CFCl3 O3 O3 O3
O2 O2 O2

6 Hoje CH4 SiO4
CO2
A industrialização aumentou muito a emissão Silicato presente
de carbono, tanto pela queima de combustíveis em grãos de areia
fósseis quanto pelas queimadas e derrubadas de
matas. Hoje, cada 1 milhão de litros de ar contém CO
quase 400 litros de CO2. H2O

ILHAS DE CALOR

Os grandes centros urbanos podem ter
temperatura bem mais alta que a de regiões ao seu
redor. Com a escassez de vegetação, as extensas
áreas cobertas de asfalto e concreto refletem
para o ar grande parte dos raios infravermelhos
recebidos do Sol. A poluição por partículas de pó,
fuligem e gases, como o monóxido de carbono (CO),
ajuda a reter o calor perto da superfície.

COMO OS COMBUSTÍVEIS CRIAM CO2

Combustão C8H18 25/2 O2 8 CO2 + 9 H2O
da gasolina 2 CO2 + 3 H2O

Combustão C2H5OH 3 O2
do etanol

41GE QUÍMICA 2017

AS TRANSFORMAÇÕES SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

Ácidos, bases e sais AZEDINHO A sensação
ácida que o paladar
A natureza de um composto
inorgânico depende dos elementos percebe no vinagre vem
que o formam e das ligações entre eles dos íons H+ liberados
pelo ácido acético

Podemos dizer que a química trabalha com como elemento principal (veja o capítulo 6).
a receita de tudo o que existe no mundo Já as funções inorgânicas são aquelas rela-
material: os tipos de átomos que com- tivas às substâncias compostas pelos demais
põem a matéria e suas possíveis combinações. elementos e obtidas de recursos minerais. As
E, assim como um livro de culinária é dividido funções inorgânicas são, por sua vez, classi-
entre pratos doces e salgados, a química tem ficadas de acordo com suas características e
duas partes fundamentais: as funções orgâni- propriedades, em ácidos, bases, sais e óxidos.
cas e as inorgânicas. As funções orgânicas Aqui tratamos de ácidos, bases e sais. Óxidos
envolvem substâncias que têm o carbono (C) serão tratados mais adiante.

42 GE QUÍMICA 2017

Ácidos IONIZAÇÃO laboratório. A fenolftaleína, por exemplo, é incolor
É o processo pelo quando em contato com um ácido, mas fica verme-
São substâncias moleculares. Uma das principais qual os átomos lha se misturada a uma base. O azul de bromotimol
propriedades dos ácidos é que, quando puros, não de hidrogênio (H) é amarelo num ácido e azul numa base.
conduzem eletricidade. Porém, quando estão interagem com a
dissolvidos em água, formam íons – ou seja, so- água e se separam Alguns extratos vegetais – de flores ou do
frem ionização. Isso faz com que a solução passe da molécula, repolho-roxo, por exemplo – são chamados
a conduzir eletricidade. Porque perde átomos de transformando-se indicadores universais, porque mudam de
hidrogênio, o restante da molécula do ácido fica no cátion H+. coloração mesmo com uma pequena variação
com carga negativa. A carga depende do número de acidez ou basicidade.
de hidrogênios ionizados: para um hidrogênio TOME NOTA
ionizado (H+), a carga adquirida pelo restante ARCO-ÍRIS Um indicador universal adquire diversas cores
do grupo de átomos é (1–), para dois hidrogênios A diferença entre quando misturado a ácidos ou bases. Na sequência de tubos
ionizados (2 H+), a carga adquirida pelo restante ionização e dissociação de ensaio, a cor muda de vermelho (meio mais ácido) para o
do grupo de átomos é (2–). E assim por diante. iônica é que, no primeiro verde (meio neutro) e, por fim, o violeta, o meio mais básico
processo, os íons são
Todos os ácidos formam íons H+. Esse cátion é o criados a partir de Sais
responsável pelas propriedades comuns aos ácidos, uma molécula neutra.
como o sabor azedo. No estômago, é a acidez do No segundo, os íons já Os sais podem ser obtidos por uma reação quí-
ácido clorídrico (HCl) que garante a digestão dos existem no composto mica entre um ácido e uma base numa solução
alimentos. Veja outros exemplos de ionização: iônico. Apenas são aquosa. Essa é uma reação de neutralização,
separados dele. que tem como produto um sal e água.
O ácido clorídrico (HCl) perde seu único H
(que se transforma em cátion H+). O restante É fácil entender por que uma reação de neu-
da molécula passa a ser o ânion Cl1- tralização cria água. Acompanhe o raciocínio:
O ácido nítrico (HNO3) forma um cátion H+
e um ânion NO31– Em água, um ácido se dissocia em um ânion
O ácido sulfúrico (H2SO4) forma dois cátions e cátions H+;
H+ e o ânion SO42– Também dissolvida em água, uma base se
O ácido fosfórico H3PO4 forma três cátions dissocia em um cátion e ânions OH–;
H+ e o ânion PO43– Quando essas duas soluções são combina-
das, os cátions H+ reagem com os ânions
Bases OH– formando moléculas H2O, a água.
O sal é a união dos ânions provenientes do
As bases são também conhecidas como hidró- ácido com os cátions originados da base.
xidos, e contêm sempre o ânion hidroxila – um Como toda substância formada por cátions e
átomo de oxigênio ligado a um de hidrogênio, ânions, os sais são compostos iônicos. Quando
com carga negativa (OH–). É esse ânion que são dissolvidos em água, resultam numa solução
dá às bases sua característica de adstringência que conduz eletricidade pelo mecanismo da
– um sabor que “amarra” a boca, como o caju dissociação iônica.
verde. As bases são compostos iônicos – ou seja,
aqueles formados por ligações iônicas –, que NA PRÁTICA
se estabelecem entre metais e ametais. Num
composto iônico, os átomos não se organizam O sal de cozinha, NaCl, pode ser obtido da combinação
em moléculas, mas em retículo cristalino. entre um ácido e uma base: o ácido clorídrico (HCl) e a
soda cáustica (hidróxido de sódio, NaOH). Veja:
No estado sólido, as bases puras não conduzem
eletricidade, pois os íons estão presos no retículo • O composto molecular HCl, em água, se ioniza num
cristalino. E a eletricidade só seria conduzida se
eles estivessem livres para se deslocar. Mas, quan- cátion H+ e num ânion Cl– ;
do dissolvidas em água, as bases sofrem dissocia-
ção iônica ou dissociação eletrolítica, e os íons • O outro composto iônico NaOH se dissocia em Na+ e OH– ;
do composto se separam: de um lado, o ânion OH–, • O cátion H+ se combina com o ânion OH– e forma mo-
de outro, o cátion que completava o composto.
léculas de água;
Indicadores ácido-base
• O cátion Na+ se une ao ânion Cl–: é o sal de cozinha, NaCl.
São substâncias usadas para identificar a natu-
reza de uma substância, porque mudam de cor 43GE QUÍMICA 2017
quando combinadas a um ácido ou a uma base.
Algumas dessas substâncias são produzidas em

ISTOCK

AS TRANSFORMAÇÕES SUBSTÂNCIAS INORGÂNICAS

TRANSMISSÃO Soluções eletrolíticas A fórmula de um sal deve trazer a quantida-
DE ELETRICIDADE de de átomos envolvidos. Nesse caso, segue-se
São soluções que conduzem bem a eletricida- a regra para a fórmula de qualquer composto
A condutividade elétrica de. As substâncias dessas soluções são chamadas iônico: analisa-se a configuração eletrônica de
depende da existência eletrólitos. A condutividade elétrica depende cada um dos elementos químicos do composto
de íons na solução da existência de íons. Assim, é fácil entender e verifica-se a proporção entre eles (veja no
que uma solução de compostos iônicos conduza capítulo 1).
Para NaCl bem a eletricidade. Sais e bases são compostos
iônicos que dão soluções eletrolíticas. Quanto NA PRÁTICA
Gerador mais solúvel é uma base ou um sal, maior é sua
capacidade de transmitir eletricidade e maior NOMENCLATURA E FÓRMULA
Lâmpada é a condutividade da solução.
O cloreto de sódio, produzido da combinação de
Solução Já a condutividade elétrica de compostos ácido clorídrico com hidróxido de sódio:
aquosa de moleculares (que não contêm íons) depende • O primeiro nome, cloreto, indica que o Cl– é
NaCl da capacidade que as moléculas do composto
têm de se ionizar em solução aquosa. É o caso o ânion retirado de um ácido (clorídrico).
Na+ Cl– Na+ Cl– dos ácidos. Todos os ácidos sofrem ionização. • A segunda parte do nome, “de sódio” Na+,
Cl– Na+ Cl– Na+ Então, todos têm condutividade elétrica quando
em solução. Os compostos moleculares que não indica que o sódio é o cátion da base.
Cl– Na+ Cl– Na+ se ionizam produzem soluções não eletrolíticas. • Se a fórmula traz antes o cátion e depois o ânion,
É o caso da sacarose. Veja, no infográfico Trans-
Na+ Cl– Na+ Cl– H2O missão de eletricidade, à esquerda, a diferença a fórmula do cloreto de sódio é NaCl.
entre a condutividade de um composto iônico e • NaCl é um cloreto, e não clorato ou clorito,
O sal de cozinha (NaCl) é um a de outra solução, de um composto molecular,
composto iônico. Sua estrutura que não se ioniza. porque o ânion saiu de um ácido cujo nome
é estável e neutra porque os termina em “ídrico”.
íons estão “casados”. Na água, Nomenclatura e fórmulas
os íons se soltam e, livres, Na13+ (PO43-)1 ou Na3PO4
trafegam de um polo a outro Nomear um sal e montar sua fórmula não
do fio elétrico. é nada difícil. Mas requer bastante atenção. Ca212+ (SO42-)21 ou CaSO4
Vamos passo a passo. Fe33+ (PO34- )3 ou FePO4
Para sacarose
O nome de um sal... 11
1. ...vem dos compostos que o originaram (um
Gerador
ácido e uma base).
Lâmpada 2. ...começa pelo nome do ânion (vindo do

Solução ácido) seguido pelo nome do cátion (vindo TOME NOTA
aquosa de da base).
sacarose 3. O cátion mantém o nome do próprio ele-
mento químico.
MMMM 4. O nome do ânion pode terminar em “eto”,
MMMM “ato” ou “ito”. Isso depende do nome do
ácido que deu origem ao ânion.

M M M M M H2O DO ÁCIDO SAI O NOME DO SAL ...correspondem a Substância Ânions Cátions Sal
M M M ânions terminados em (SO42– )
Os ácidos H2SO4 (sulfato)
A sacarose é um composto terminados em... ETO (ácido sulfúrico) H+ Na2SO4
molecular, sem íons. ATO (OH–) (sulfato
As moléculas (M) se separam, ÍDRICO ITO NaOH (hidróxido) Na+ de sódio)
na água, mas mantêm todos os ICO (hidróxido (sódio)
seus átomos. A sacarose não se OSO de sódio)
ioniza. Sem íons na solução,
não há eletricidade para Veja alguns exemplos: H2SO3 (SO32–) H+
trafegar entre os polos.
Ácido sulfídrico (H2S) íon sulfeto S2– (ácido sulfuroso) (sulfito) Na+ Na2SO3
(sódio) (sulfito
Ácido sulfúrico (H2SO4) íon sulfato SO42– NaOH (OH–) de sódio)
Ácido sulfuroso (H2SO3) íon sulfito SO23– (hidróxido (hidróxido)
de sódio)

44 GE QUÍMICA 2017

AS TRANSFORMAÇÕES REAÇÕES QUÍMICAS

A COR COMO TESTEMUNHA A reação de uma solução de nitrato de chumbo com outra, de iodeto de potássio, produz o amarelíssimo iodeto de chumbo

Quebrar para
recombinar

O que são reações, os fatores que ainda identificamos os átomos que compõem
podem provocá-las e os indicadores cada substância. Por exemplo, numa molécula de
de que uma delas ocorreu água, identificamos perfeitamente os elementos
químicos hidrogênio e oxigênio que a compõem.
V ocê já viu, nas aulas anteriores, que as
substâncias são formadas de átomos; Uma reação ocorre quando as ligações químicas
esses átomos se juntam em moléculas ou se rompem. Isso se dá quando a quantidade de
num retículo cristalino; e essa junção atômica energia num sistema é alterada. Essa mudança
se dá por meio de ligações químicas. pode acontecer por diversos meios, como a alte-
ração da temperatura, a mistura de substâncias
Agora você vai ver que, quando as ligações que funcionam como catalisadores, a incidência
químicas são quebradas, ocorre uma reação de luz ou a passagem de corrente elétrica.
química; numa reação, as substâncias originais
(reagentes) se recombinam e dão origem a
outras substâncias (produtos). Numa reação
química, a estrutura da matéria é alterada. Mas

DAVID TAYLOR/SCIENCE PHOTO LIBRARY 45GE QUÍMICA 2017

AS TRANSFORMAÇÕES REAÇÕES QUÍMICAS Balanceamento de
equações químicas
EVIDÊNCIAS DE
QUE OCORRE Uma reação é representada como equação
UMA REAÇÃO química. Assim como ocorre nas receitas de
culinária, uma reação depende não apenas dos
Efervescência ingredientes (reagentes), mas também da pro-
A mistura de duas ou porção em que esses ingredientes são emprega-
mais substâncias dos. Veja o que ocorre com a reação dos gases
libera um gás oxigênio (O2) e hidrogênio (H2), que resulta
em água (H2O):
Formação de
precipitado Estado inicial Estado final
A mistura de
duas soluções H2 O2 Misturando os H2O
cria sólidos que se dois gases
depositam no fundo Gás hidrogênio Gás oxigênio Água
do recipiente e lançando
uma faísca
Mudança de cor
Duas soluções PF = –259ºC PF = –218ºC PF = 0ºC
misturadas criam PE = –253ºC PE = –183ºC PE = 100ºC
uma terceira, de
outra cor Repare que o produto da reação acima (a
água) tem propriedades muito diferentes das
Liberação de luz dos reagentes – estado físico, pontos de fusão
ou mudança de (PF) e de ebulição (PE). Então houve uma re-
temperatura ação química. Mas a natureza dos átomos não
Duas ou mais se alterou: o oxigênio continua sendo oxigênio,
substâncias, em e o hidrogênio, hidrogênio.
qualquer estado
físico, quando Assim como as equações matemáticas, as
são misturadas, quantidades de um lado da equação devem ser
absorvem ou liberam iguais às quantidades do outro lado. Então, para
luz ou calor. Exemplo escrever a equação de uma reação, é preciso:
disso é a combustão
Conhecer a fórmula dos reagentes;
46 GE QUÍMICA 2017 Conhecer a fórmula dos produtos; e
Verificar se a quantidade de átomos de um
lado da equação (dos reagentes) é igual à quan-
tidade de átomos do outro lado (dos produtos).
Na reação que resulta em água, sabemos que a
água é produto da reação dos gases hidrogênio
e oxigênio. E conhecemos a fórmula de cada
uma dessas substâncias. Veja:

Estado inicial Estado final

H2 O2 Misturando os H2O
dois gases
Gás hidrogênio Gás oxigênio Água
e lançando
H2 + O2 uma faísca H2O

(2 átomos) (2 átomos) (3 átomos)

No entanto, repare: o número de átomos do NA PRÁTICA
produto (H2O) é diferente do número de átomos
dos reagentes. Falta um átomo de oxigênio. Para BALANCEAMENTO
igualar esse número, temos de fazer o balancea-
mento da equação. Isso é feito acrescentando-se Algumas dicas para fazer o balanceamento de uma
coeficientes. O coeficiente não altera o número equação. Vamos balancear a seguinte equação:
de átomos, mas de moléculas:

C2H6O + O2 → CO2 + H2O

etanol oxigênio dióxido de carbono água

(2 C, 6 H, 1 O) (2 O) (1 C, 2 O) (2 H, 1 O)

2 H2 + O2 + 2 H2 O • Passo 1: comece o balanceamento pelos elementos
que aparecem apenas uma vez de cada lado da
Índice = número de átomos Coeficiente = número de moléculas equação. No caso, o hidrogênio (H) e o carbono (C).

Repare que agora temos duas moléculas de • Passo 2: para balancear o carbono (C), que tem 2
hidrogênio (com dois átomos cada uma) e uma átomos de um lado, temos de mudar o coeficiente
molécula de oxigênio (também com dois áto- do outro lado:
mos cada uma). O produto são duas moléculas
de água. O número de átomos se mantém dos C2H6O + O2 → 2 CO2 + H2O
dois lados: quatro átomos de hidrogênio e dois
átomos de oxigênio. ÍNDICE • Passo 3: de hidrogênio (H), há seis átomos de um
O índice é lado e apenas dois de outro. Para balancear, vamos
No balanceamento de uma equação jamais se também chamado de novo aplicar o coeficiente adequado:
mexe nos índices – ou seja, jamais se altera o atomicidade, porque
número de átomos. Fazer isso significa alterar indica o número C2H6O + O2 → 2 CO2 + 3 H2O
a substância. Por exemplo: H2O é uma molécula de átomos de um
de água. Mas H2O2 é peróxido de hidrogênio, a composto. • Passo 4: conferimos se o número de átomos dos
água oxigenada. demais elementos está igual dos dois lados. Neste
caso, temos três átomos de oxigênio entre os
O balanceamento de uma equação explica reagentes e sete deles no produto. Então, temos de
muita coisa. Por exemplo, o metano (CH4), que alterar o coeficiente de um dos reagentes:
contribui para o aquecimento global ao inten-
sificar o efeito estufa. Veja a reação referente a
esse fenômeno químico:

Uma molécula + Duas moléculas Uma molécula + Duas moléculas C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
de metano de oxigênio
de dióxido de de água
carbono

++

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

(1 C, 4 H), (4 O), (1 C, 2 O), (4 H, 2 O)

Note que: ATENÇÃO
O número de átomos de carbono e de hi-
drogênio permanece o mesmo, dos dois Nas provas, as questões sobre balanceamento
lados da equação (1 C) e (4 H); costumam fornecer no enunciado a fórmula das
O mesmo acontece com o oxigênio: os qua- substâncias ou compostos envolvidos na reação.
tro átomos existentes no início da reação Mas, em alguns casos, os examinadores
se mantêm no produto; consideram esse dado como conhecido pelo
Só que, no produto, os átomos de oxigênio aluno. Vale a pena, então, memorizar as
se separam: dois deles compõem o dióxido fórmulas de compostos mais comuns.
de carbono (CO2); os outros dois entram em
duas moléculas de água (2 H2O). 47GE QUÍMICA 2017

ISTOCK

AS TRANSFORMAÇÕES REAÇÕES QUÍMICAS

Tipos de reações

As reações podem ser classificadas por diferentes critérios. Alguns dos principais tipos são:

REAÇÃO DE SÍNTESE OU ADIÇÃO

Duas ou mais substâncias resultam num único produto. Genericamente:

A+B C

São reações de síntese:
H2 + Cl2 2 HCl
2 CO + O2 2 CO2
CaO + H2O Ca(OH)2

→K K K+Cl–K+ Cl– SÍNTESE
O potássio é sólido e tem estrutura
Cl2
cristalina. O cloro tem estrutura
2 K (sólido) + Cl2 (gasoso) → 2 KCl (sólido) molecular. A combinação das duas
substâncias provoca uma reação que
sintetiza uma terceira substância,
o cloreto de potássio. Esse cloreto é
sólido e de estrutura cristalina, mas
diferente da estrutura de qualquer

um dos reagentes

ANÁLISE OU DECOMPOSIÇÃO

Nesse tipo de reação, um único composto se separa em substâncias mais simples quando é
submetido a calor, corrente elétrica ou luz. Genericamente:

A B+C

Dependendo do agente físico usado, a decomposição recebe nomes diferentes. Uma decom-
posição obtida por calor é chamada pirólise (piros = fogo e lise = quebra). A resultante da
passagem de corrente elétrica é eletrólise, e a produzida por luz, fotólise.

Constituem reações de decomposição:
(NH4)2Cr2O7 Cr2O3 + 4 H2O + N2 (pirólise)
2 H2O2 2 H2O + O2 (fotólise)

Hg2 Hg2 Hg O2 DECOMPOSIÇÃO
O2– O2– O óxido de mercúrio é um sólido
→ Hg de estrutura cristalina. O símbolo
∆ sobre a seta, na figura ao lado,
2 HgO(sólido) → 2 Hg(líquido) + O2(gasoso) representa aquecimento. Se o óxido
de mercúrio é aquecido, a substância
se decompõe em seus elementos

originais: mercúrio e oxigênio

48 GE QUÍMICA 2017

DESLOCAMENTO OU SIMPLES TROCA TOME NOTA

Uma substância simples reage com uma substância composta (constituída O BALANCEAMENTO
DE EQUAÇÕES QUÍMICAS
de vários elementos). Nessa reação, a substância simples desloca (ou
• Quando o coeficiente ou o índice forem iguais a 1,
seja, substitui) um elemento da substância composta. Genericamente: não é necessário escrevê-los:

A + BC AC + B

São reações de deslocamento:

Cl2 + 2 KI 2 KCl + I2 H2O 2 átomos de hidrogênio
1 átomo de oxigênio
Zn + 2 AgNO3 Zn(NO3)2 + 2 Ag significa

Br2 + (NH4)2S 2 NH4Br + S

H2O OH– • Quando o coeficiente for maior que 1, ele é
multiplicado pelo índice dos elementos para
→Li Li Li+ indicar o número de átomos:
Li+
OH– H2 2H2O significa 2 x 2 = 4 átomos
H2O de hidrogênio

2 Li (sólido) + 2 H2O(líquido) → 2 LiOH (aquoso) + H2 (gasoso) 2 x 1 = 2 átomos
de oxigênio
SIMPLES TROCA
Na reação entre o lítio e a água, os átomos de hidrogênio e oxigênio da água se separam. O lítio se combina OS TIPOS DE REAÇÃO
com o oxigênio e com parte dos átomos de hidrogênio para formar o hidróxido de lítio, em solução aquosa. • Síntese ou adição
Outra parte dos átomos de hidrogênio se recombina de dois em dois, constituindo o gás hidrogênio •A+B → C

DUPLA TROCA • Análise ou decomposição
•A → B+C
Íons de cargas iguais trocam de posição, produzindo outros dois
compostos. Genericamente: • Deslocamento ou simples troca
• A + BC → AC + B
AB + CD AD + CB

São reações de dupla troca: • Dupla-troca
• AB + CD → AD + CB
HNO3 (aq) + KCN (aq) KNO3 (aq) + HCN (g)

3 Ca(OH)2 (aq) + 2 FeCl3 (aq) 3 CaCl2 (aq) + 2 Fe(OH)3 (s)

H2SO4 (aq) + 2 NaOH(aq) Na2SO4 (aq) + 2 H2O (l)

NO3– CrO42– → ATENÇÃO
Ag+ Na+
Nas equações químicas,
2 AgNO3 (aquoso) + Na2CrO4 (aquoso) → Ag2CrO4 (sólido) + 2 NaNO3 (aquoso) as indicações (g), (l) e (s)
que aparecem ao pé de
DUPLA TROCA alguns compostos
Todos os reagentes estão dissolvidos em água. Veja que o ânion de um composto se indicam o estado físico da
combina com o cátion de outro. Assim, a prata (Ag+) se casa com o CrO42–. E o sódio (Na+), substância – gasoso, líquido
com o NO3–. Entre os produtos, um está no estado sólido. ou sólido, respectivamente.
A indicação (aq) significa
solução aquosa.

49GE QUÍMICA 2017

AS TRANSFORMAÇÕES ÓXIDOS

VERMELHO DE CORROSÃO
A ferrugem, que ataca
as superfícies metálicas,
é uma reação do ferro
com oxigênio e a água
existente no ar, que
resulta num hidróxido

Casamentos
perfeitos

Combinando-se com metais ou
ametais, o oxigênio forma
compostos estáveis e poderosos

Óxidos são substâncias binárias, aquelas
formadas por dois elementos químicos.
Um desses é, obrigatoriamente, o oxigê-
nio (O). O outro elemento pode ser um metal ou
um ametal. Num óxido, o oxigênio é sempre o
elemento mais eletronegativo.

Quando se liga a um metal, o oxigênio estabe-
lece uma ligação iônica. Se unido a um ametal,
a ligação é covalente (veja no capítulo 1). Dessa
forma, existem dois tipos de óxido: os iônicos
e os moleculares.

Óxidos iônicos

Os metais usados no dia a dia são obtidos da
purificação de minérios. E grande parte desses
minérios é constituída de óxidos iônicos.

Os óxidos iônicos são nomeados de acordo
com o metal que se liga ao oxigênio. Isso signi-
fica que o número de átomos de oxigênio que
compõem um óxido iônico não importa para o
nome de um óxido iônico. Mas é claro que, na

50 GE QUÍMICA 2017

fórmula, esse número tem de ser balanceado elemento químico do composto. Então, termos
com a valência do outro elemento. Veja os como “di”, “tri” ou “tetra” podem aparecer duas
exemplos abaixo: vezes no nome de um óxido. Veja:

NOME FÓRMULA NÚMERO DE NÚMERO DE NÚMERO NÚMERO DE NOME DO
CÁTIONS ÂNIONS O2– COMPOSTO
FÓRMULA DE ÁTOMOS DO
1 Monóxido de
Óxido de sódio Na2O 2 Na+ 1 ÁTOMOS O AMETAL dinitrogênio

Óxido de magnésio MgO 1 Mg2+ 3 N2O 1 (mono) 2 N (di)

Óxido de alumínio Al2O3 2 Al3+ NO2 2 (di) 1 N Dióxido de
CO2 2 (di) 1 C nitrogênio
A maioria dos óxidos iônicos tem uma proprie- O alumínio é extraído
dade importante: reage com a água, formando de um óxido de alumínio Dióxido de
uma base, um hidróxido. Isso ocorre especial- chamado bauxita carbono
mente entre os óxidos de metais alcalinos e
os alcalino-terrosos (famílias 1 e 2 da tabela N2O4 4 (tetra) 2 N (di) Tetróxido de
periódica). Veja: P2O5 5 (penta) 2 P (di) dinitrogênio

Pentóxido de
difósforo

Na2O + H2O → 2 NaOH Na natureza, o ferro Repare que o prefixo “mono” não é usado para
(óxido de sódio + água = hidróxido de sódio) existe na forma do óxido o ametal. Não dizemos dióxido de monocarbono,
chamado hematita mas dióxido de carbono, apenas.
CaO + H2O → Ca(OH)2
(óxido de cálcio + água = hidróxido de cálcio) Os óxidos e a atmosfera

Por essa propriedade, os óxidos iônicos podem FLÚOR Os óxidos moleculares podem reagir com a água
ser usados para neutralizar os ácidos, criando Num óxido, o oxigênio e formar ácidos. A atmosfera é rica em umidade.
a partir deles um sal. é sempre o elemento Assim, é fácil que ocorram reações que produzam
mais eletronegativo ácidos. Em outras palavras, os óxidos moleculares
Óxidos moleculares (tem maior facilidade podem ser grandes agentes poluidores.
de receber elétrons).
São aqueles que se formam da ligação entre o Como o flúor é o Alguma proporção de óxidos moleculares na
oxigênio e qualquer ametal. A única exceção é o único elemento mais atmosfera é natural. O problema está no aumen-
flúor. Muitos óxidos moleculares são gasosos. eletronegativo que o to dessa proporção, causado pelas atividades
É o caso do gás carbônico (CO2) e do monóxido oxigênio, não existem humanas. É o caso do gás carbônico (dióxido
de carbono (CO). óxidos de flúor. de carbono, CO2).

Nos óxidos moleculares, o oxigênio pode se O excesso de CO2 não tem como efeito apenas
combinar em diversas proporções ao outro ele- o aumento do efeito estufa e as consequentes
mento químico. Por exemplo, existem seis óxidos alterações climáticas (veja o infográfico na pág.
de nitrogênio: NO, NO2, N2O, N2O3, N2O4 e N2O5. 40). Esse gás, ao reagir com a água, cria áci-
O número de átomos O varia para balancear o do carbônico. Outros óxidos produzem outros
número de átomos N. Mas todas essas substân- ácidos, como o sulfuroso e o sulfúrico. Juntos,
cias são óxidos. esses ácidos criam as chuvas ácidas, que afetam
o solo, a vegetação e os mananciais, além de
Para identificar o número de átomos que com- comprometerem as estruturas de concreto e
põem um óxido molecular, usamos prefixos: metal construídas pelo homem (veja mais sobre
acidez no capítulo 5).
PREFIXO SIGNIFICADO
Mono 1 ATENÇÃO
Di 2
Tri 3 Numa ligação iônica, o átomo oxigênio (O) sempre
Tetra 4 recebe dois elétrons e se transforma no ânion O2–.
Penta 5 O número de átomos O depende da carga (positiva)
do cátion que compõe o óxido iônico.
Esses prefixos são usados tanto para indicar o
número de átomos O quanto o de átomos do outro 51GE QUÍMICA 2017

ISTOCK

AS TRANSFORMAÇÕES CINÉTICA QUÍMICA

E FAZ-SE A LUZ Uma questão de ritmo
Quando um fósforo
é aceso desencadeia-se Para uma reação ocorrer, as partículas dos reagentes
uma reação química devem atingir a energia mínima para quebrar as ligações
em altíssima
velocidade As reações químicas ocorrem em diferentes de concentração (sobre concentração e mol, veja
velocidades. Algumas, como o acender de o capítulo 3). A regra geral é que, em toda reação,
52 GE QUÍMICA 2017 um fósforo, são instantâneas. Outras são a quantidade de reagentes diminui, enquanto
mais lentas, como o metabolismo dos alimentos a quantidade dos produtos aumenta. Para a
no organismo humano ou o apodrecimento de reação R → P, a concentração de R cai, enquanto
um alimento malconservado. Há, ainda, aquelas a concentração de P sobe. Essa mudança nas
que levam dezenas ou centenas de milhões de concentrações não mantém o mesmo ritmo
anos para ocorrer, como a formação da atmos- durante toda a reação.
fera terrestre ou do petróleo.
No início, a quantidade de R cai rapidamente e
A velocidade das reações depende de uma a de P sobe rapidamente. Com o passar do tempo,
série de fatores. E a área da química que estuda a variação segue mais lenta. Como regra geral, à
essa velocidade e os fatores que nelas influem medida que os reagentes são consumidos, a
chama-se cinética química. velocidade da reação diminui. Veja:

Rapidez das reações Concentração mol.L–1 [P]

Em física, na mecânica, a velocidade é a va- Tempo AS CURVAS
riação do espaço percorrido por um móvel em A concentração do produto P
determinado intervalo de tempo. Na química, o (em azul) cresce à medida que
conceito de velocidade é um pouco diferente: é a [ R ] o reagente R (em vermelho)
rapidez com que uma reação se realiza, sempre
levando em conta a quantidade de reagentes é consumido. As curvas
consumidos ou a de produtos formados. Essa aproximam-se gradualmente da
quantidade pode ser expressa em massa, volume
ou em mol. Pode, também, ser dada em termos paralela com o eixo do tempo.
Isso indica que a transformação
de R em P é cada vez mais lenta.