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1.4: Propriedades físicas e químicas

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    Objetivos de

    Ao final desta seção, você poderá:

    • Identifique propriedades e mudanças na matéria como físicas ou químicas
    • Identifique as propriedades da matéria como extensas ou intensivas

    As características que distinguem uma substância da outra são chamadas de propriedades. Uma propriedade física é uma característica da matéria que não está associada a uma mudança em sua composição química. Exemplos familiares de propriedades físicas incluem densidade, cor, dureza, pontos de fusão e ebulição e condutividade elétrica. Algumas propriedades físicas, como densidade e cor, podem ser observadas sem alterar o estado físico da matéria. Outras propriedades físicas, como a temperatura de fusão do ferro ou a temperatura de congelamento da água, só podem ser observadas quando a matéria sofre uma mudança física. Uma mudança física é uma mudança no estado ou nas propriedades da matéria sem qualquer alteração associada nas identidades químicas das substâncias contidas na matéria. Mudanças físicas são observadas quando a cera derrete, quando o açúcar se dissolve no café e quando o vapor se condensa em água líquida (Figura 1.18). Outros exemplos de mudanças físicas incluem magnetização e desmagnetização de metais (como é feito com etiquetas de segurança antifurto comuns) e trituração de sólidos em pó (o que às vezes pode produzir mudanças visíveis na cor). Em cada um desses exemplos, há uma mudança no estado físico, na forma ou nas propriedades da substância, mas nenhuma mudança em sua composição química.

    A Figura A é uma fotografia da manteiga derretendo em uma panela no fogão. A Figura B é uma fotografia de algo sendo aquecido em um fogão em uma panela. Gotas de água estão se formando na parte inferior de uma tampa de vidro que foi colocada sobre a panela.
    Figura 1.18 (a) A cera sofre uma alteração física quando a cera sólida é aquecida e forma cera líquida. (b) A condensação do vapor dentro de uma panela é uma mudança física, pois o vapor de água é transformado em água líquida. (crédito a: modificação da obra por “95jb14” /Wikimedia Commons; crédito b: modificação da obra por “mjneuby” /Flickr)

    A mudança de um tipo de matéria para outro tipo (ou a incapacidade de mudar) é uma propriedade química. Exemplos de propriedades químicas incluem inflamabilidade, toxicidade, acidez e muitos outros tipos de reatividade. O ferro, por exemplo, se combina com o oxigênio na presença de água para formar ferrugem; o cromo não oxida (Figura 1.19). A nitroglicerina é muito perigosa porque explode facilmente; o néon quase não representa nenhum risco porque não é muito reativo.

    A Figura A é uma foto de máquinas de metal que agora estão cobertas principalmente por ferrugem laranja avermelhada. A Figura B mostra as partes cromadas prateadas de uma motocicleta. Uma das partes é tão brilhante que você pode ver um reflexo da rua e dos edifícios ao redor.
    Figura 1.19 (a) Uma das propriedades químicas do ferro é que ele enferruja; (b) uma das propriedades químicas do cromo é que ele não enferruja. (crédito a: modificação da obra de Tony Hisgett; crédito b: modificação da obra de “Atoma” /Wikimedia Commons)

    Uma mudança química sempre produz um ou mais tipos de matéria que diferem da matéria presente antes da mudança. A formação de ferrugem é uma mudança química porque a ferrugem é um tipo de matéria diferente do ferro, oxigênio e água presentes antes da formação da ferrugem. A explosão da nitroglicerina é uma mudança química porque os gases produzidos são tipos de matéria muito diferentes da substância original. Outros exemplos de mudanças químicas incluem reações que são realizadas em laboratório (como cobre reagindo com ácido nítrico), todas as formas de combustão (queima) e alimentos sendo cozidos, digeridos ou apodrecendo (Figura 1.20).

    A Figura A é uma foto do frasco contendo um líquido azul. Vários fios de cobre acastanhado são imersos no líquido azul. Há um gás acastanhado saindo do líquido e enchendo a parte superior do frasco. A Figura B mostra um fósforo aceso. A Figura C mostra carne vermelha sendo cozida em uma panela. A Figura D mostra um pequeno cacho de bananas amarelas com muitas manchas pretas.
    Figura 1.20 (a) O cobre e o ácido nítrico sofrem uma alteração química para formar nitrato de cobre e dióxido de nitrogênio gasoso marrom. (b) Durante a combustão de um fósforo, a celulose no fósforo e o oxigênio do ar sofrem uma alteração química para formar dióxido de carbono e vapor de água. (c) Cozinhar carne vermelha causa uma série de alterações químicas, incluindo a oxidação do ferro na mioglobina, que resulta na conhecida mudança de cor vermelha para marrom. (d) Uma banana que fica marrom é uma alteração química à medida que substâncias novas, mais escuras (e menos saborosas) se formam. (crédito b: modificação da obra de Jeff Turner; crédito c: modificação da obra de Gloria Cabada-Leman; crédito d: modificação da obra de Roberto Verzo)

    As propriedades da matéria se enquadram em uma das duas categorias. Se a propriedade depende da quantidade de matéria presente, é uma propriedade extensa. A massa e o volume de uma substância são exemplos de propriedades extensas; por exemplo, um galão de leite tem uma massa maior do que uma xícara de leite. O valor de uma propriedade extensa é diretamente proporcional à quantidade de matéria em questão. Se a propriedade de uma amostra de matéria não depende da quantidade de matéria presente, é uma propriedade intensiva. A temperatura é um exemplo de propriedade intensiva. Se o galão e a xícara de leite estiverem a 20 °C (temperatura ambiente), quando combinados, a temperatura permanece em 20 °C. Como outro exemplo, considere as propriedades distintas, mas relacionadas, do calor e da temperatura. Uma gota de óleo de cozinha quente salpicada em seu braço causa um pequeno e breve desconforto, enquanto uma panela com óleo quente produz queimaduras graves. Tanto a gota quanto a panela de óleo estão na mesma temperatura (uma propriedade intensiva), mas a panela claramente contém muito mais calor (propriedade extensa).

    Química na vida cotidiana

    Diamante Hazard

    Você pode ter visto o símbolo mostrado na Figura 1.21 em recipientes de produtos químicos em um laboratório ou local de trabalho. Às vezes chamado de “diamante de fogo” ou “diamante perigoso”, esse diamante de risco químico fornece informações valiosas que resumem brevemente os vários perigos dos quais você deve estar ciente ao trabalhar com uma substância específica.

    O diamante é subdividido em quatro diamantes menores. O diamante superior é vermelho e está associado a riscos de incêndio. Os números no diamante de risco de incêndio variam de 0 a 4. Conforme os números aumentam, o ponto de inflamação do produto químico diminui. 0 indica uma substância que não queima, 1 indica uma substância com um ponto de inflamação acima de 200 graus Fahrenheit, 2 indica uma substância com um ponto de inflamação acima de 100 graus Fahrenheit e não excedendo 200 graus Fahrenheit, 3 indica um substância com um ponto de inflamação abaixo de 100 graus Fahrenheit, e 4 indica uma substância com um ponto de inflamação abaixo de 73 graus Fahrenheit. O diamante direito é amarelo e está associado à reatividade. Os números de reatividade variam de 0 a 4. 0 indica uma substância química estável, 1 indica uma substância química que é instável se aquecida, 2 indica a possibilidade de uma mudança química violenta, 3 indica que choque e calor podem detonar a substância química e 4 indica que a substância química pode detonar. O diamante inferior é branco e está associado a riscos específicos. Eles contêm abreviações que descrevem características perigosas específicas do produto químico. O X indica um oxidante, A C I D indica um ácido, A L K indica um álcali, C O R indica corrosivo, um W com uma linha que passa indica não usar água e um símbolo de um ponto cercado por três triângulos indica radioativo. O diamante mais à esquerda é azul e está associado a riscos à saúde. Os números no diamante de risco à saúde variam de 0 a 4. 0 indica um material normal, 1 indica um pouco perigoso, 2 indica perigoso, 3 indica perigo extremo e 4 indica mortal.
    Figura 1.21 O diamante perigoso da Agência Nacional de Proteção contra Incêndios (NFPA) resume os principais perigos de uma substância química.

    O Sistema de Identificação de Perigos 704 da Agência Nacional de Proteção contra Incêndios (NFPA) foi desenvolvido pela NFPA para fornecer informações de segurança sobre determinadas substâncias. O sistema detalha inflamabilidade, reatividade, saúde e outros perigos. Dentro do símbolo geral do diamante, o diamante superior (vermelho) especifica o nível de risco de incêndio (faixa de temperatura para o ponto de inflamação). O diamante azul (esquerdo) indica o nível de risco à saúde. O diamante amarelo (direito) descreve riscos de reatividade, como a rapidez com que a substância sofrerá detonação ou uma mudança química violenta. O diamante branco (inferior) aponta riscos especiais, como se fosse um oxidante (que permite que a substância queime na ausência de ar/oxigênio), sofrer uma reação incomum ou perigosa com a água, ser corrosivo, ácido, alcalino, um risco biológico, radioativo e assim por diante. Cada perigo é classificado em uma escala de 0 a 4, com 0 sendo nenhum perigo e 4 sendo extremamente perigoso.

    Embora muitos elementos difiram dramaticamente em suas propriedades químicas e físicas, alguns elementos têm propriedades semelhantes. Por exemplo, muitos elementos conduzem bem o calor e a eletricidade, enquanto outros são maus condutores. Essas propriedades podem ser usadas para classificar os elementos em três classes: metais (elementos que conduzem bem), não metais (elementos que conduzem mal) e metalóides (elementos que têm condutividades intermediárias).

    A tabela periódica é uma tabela de elementos que coloca elementos com propriedades semelhantes próximos (Figura 1.22). Você aprenderá mais sobre a tabela periódica ao continuar seus estudos de química.

    Nesta representação da tabela periódica, os metais são indicados com uma cor amarela e dominam os dois terços esquerdos da tabela periódica. Os não metais são coloridos de pêssego e estão amplamente confinados à área superior direita da mesa, com exceção do hidrogênio, H, que está localizado no extremo superior esquerdo da mesa. Os metalóides são de cor roxa e formam uma borda diagonal entre as áreas metálicas e não metálicas da mesa. O grupo 13 contém metais e metalóides. O grupo 17 contém não metais e metalóides. Os grupos 14 a 16 contêm pelo menos um representante de um metal, um metalóide e um não metal. Uma chave mostra que, à temperatura ambiente, os metais são sólidos, os metalóides são líquidos e os não metais são gases.
    Figura 1.22 A tabela periódica mostra como os elementos podem ser agrupados de acordo com certas propriedades similares. Observe que a cor de fundo indica se um elemento é metálico, metalóide ou não metálico, enquanto a cor do símbolo do elemento indica se é sólido, líquido ou gasoso.