Matéria e Energia
Princípios fundamentais da Química
Química é a ciência que estuda a estrutura íntima da matéria, suas propriedades e transformações, procurando explicar como as várias espécies de matéria interagem, formando o Universo.
ENERGIA
O Universo é composto de energia e matéria. Há várias formas de energia: potencial, cinética, mecânica, elétrica, química, nuclear, entre outras. As propriedades fundamentais da energia são transformação e conservação.
Tudo aquilo que pode modificar a matéria ou causar sensações.
Transformação
Uma forma de energia pode transformar-se em outra. Uma queda-d'água pode ser usada para converter energia potencial em energia cinética (usina), e esta, por meio de geradores, em energia elétrica, que, por sua vez, se transforma em energia luminosa quando acendemos uma lâmpada ou em energia térmica quando ligamos um aquecedor. Numa lanterna, a energia química (pilha) transforma-se em luminosa e assim por diante.
Conservação
A energia não pode ser destruída ou criada. Sempre que "desaparecer" determinada quantidade de energia, uma quantidade exatamente igual de uma ou mais classes de energia é produzida. Um exemplo disso é a combustão da vela, que representa fenômenos físicos e químicos. Parte da matéria transforma-se em energia calorífica, luminosa.
MATÉRIA
É tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço.
As propriedades da matéria são três: gerais, funcionais e específicas.
- Propriedades gerais são aquelas inerentes a toda espécie de matéria, tais como, massa, extensão, impenetrabilidade, divisibilidade, compressibilidade e elasticidade.
- Propriedades funcionais são comuns a determinados grupos de materias identificadas pela função que desempenham. Acidez, basicidade, salinidade são exemplos de propriedades funcionais.
- Propriedades específicas correspondem individualmente a cada tipo particular de matéria. Por exemplo: propriedades organolépticas são aquelas capazes de impressionar os nossos sentidos (cor, sabor, odor).
Classificação da matéria
A matéria divide-se em substâncias puras e misturas, segundo o esquema:
Misturas
Não apresentam composição fixa, podendo ser separadas por processos físicos. Classificam-se em:
- Homogêneas - os componentes apresentam uma única fase, ou seja, têm o mesmo aspecto em toda sua extensão. A mistura de água ($\text{H}_2\text{O}$) e sal ($\text{NaCl}$) é homogênea.
- Heterogêneas - pode-se observar mais de uma fase. Água com areia, por exemplo, é uma mistura heterogênea.
Fase é cada porção homogênea de um sistema.
Substâncias puras
Apresentam composição fixa em toda sua extensão, não podendo ser desdobradas por processos físicos. Podem ser de dois tipos:
- Simples - formadas por um único elemento. É o caso de $\text{H}_2$, $\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{Fe}$, $\text{Ca}$ e $\text{O}_3$.
- Compostas - formadas por mais de um elemento e quimicamente passíveis de desdobramento em duas ou mais substâncias simples. Assim ocorre com $\text{H}_2\text{O}$, $\text{NaCl}$, $\text{HCl}$ e $\text{H}_2\text{SO}_4$.
Substâncias puras e misturas comportam-se de maneira diferente durante as mudanças de estado físico.
MUDANÇAS DE ESTADO FÍSICO
Toda matéria pode apresentar-se em um dos três estados físicos (sólido, líquido e gasoso). As transformações de estado físico ocorrem pela absorção ou liberação de energia térmica (calor).
FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS
A matéria modifica-se física ou quimicamente.
Fenômeno físico
Fenômeno físico é todo aquele que não modifica a estrutura íntima da matéria; quebrar um pedaço de giz, fundir gelo e rasgar uma folha de papel são exemplos de fenômenos físicos.
Fenômeno químico
É todo aquele que modifica a estrutura íntima da matéria. Queima de papel, digestão, reagir o giz com ácido clorídrico são exemplos de fenômenos químicos.
A Figura 1 ilustra uma transformação química. Duas substâncias entram em contato formando nova substância. Na ilustração são observadas mudança de cor e formação de uma substância insolúvel de cor dourada. A reação que ocorre está representada a seguir:
Sólido
O estado de maior organização da matéria é o sólido, porque os materiais apresentam forma e volume constantes e são mais resistentes à deformação.
As partículas que constituem os materiais em estado sólido são átomos, moléculas e/ou íons. Elas estão bem-próximas umas das outras, por causa de uma força de atração (coesão) muito forte, e encontram-se bem-distribuídas, formando o retículo cristalino, que só apresenta movimento vibratório.
Líquido
Substâncias em estado líquido apresentam forma variável e volume constante. Pouco compressíveis, têm pequena expansibilidade.
É um estado mais desorganizado que o sólido. As partículas que o constituem, em condições ambientais, são moléculas. Elas ficam relativamente afastadas, pois a força de atração não é muito forte. Não há formação de retículo cristalino, o que permite um líquido associar-se homogeneamente a outro e haver movimento maior entre as moléculas.
Gasoso
É o estado de maior desorganização da matéria, que apresenta forma e volume variáveis, muita compressibilidade e grande expansibilidade.
As partículas que formam esse estado são átomos ou moléculas, bem-afastadas, pois as forças de atração entre elas são muito pequenas. Possuem um movimento intenso e desordenado em todas as direções e sentidos.