Atividade 3 – Propriedades Específicas da Matéria

TEMPERATURA DE FUSÃO, TEMPERATURA EBULIÇÃO, DENSIDADE E A SOLUBILIDADE 

Conteúdos e temas: propriedades das substâncias – temperaturas de ebulição e fusão, densidade, solubilidade; importância das propriedades para caracterizar substâncias.

Competências e habilidades: empregar a linguagem química para representar transformações químicas; construir e interpretar tabelas e gráficos com dados de propriedades das substâncias.
Estratégias de ensino: levantamento das ideias dos alunos; leitura e discussão do texto e das
questões para a interpretação do texto; atividade experimental; uso de objetos de aprendizagem (simulação).
Sugestão de recursos: material para experimentos e textos.
Sugestão de avaliação: atividades e questões propostas.

A temperatura em que uma substância sofre fusão e aquela em que há vaporização por ebulição são características de cada substância, portanto, importantes para identificá-las.

O que é ponto de ebulição? É a temperatura na qual um liquido vence a pressão atmosférica, passando para o estado gasoso (mudança de estado).

Em altitudes diferentes, uma mesma substância apresenta pontos de ebulição diferentes. Quanto maior a altitude, menor é a pressão atmosférica, e menor é o ponto de ebulição. Além da pressão atmosférica, o ponto de ebulição depende da polaridade das substâncias:  Para substâncias apolares – Quanto maior o peso molecular, maior será o ponto de ebulição –  Para substâncias de peso molecular próximo, a ramificação abaixa o ponto de ebuliçãoPara substâncias polares – Para substâncias de peso molecular próximo, a mais polar tem maior ponto de ebulição – Substâncias que estabelecem ligações de hidrogênio (pontes de hidrogênio) têm ponto de ebulição extremamente elevado.

Substância pura

É qualquer material que apresenta as propriedades físicas definidas, determinadas e praticamente invariáveis nas mesmas condições de temperatura e pressão.

Misturas

São constituídos por mais de uma substância (componentes) e cujas propriedades físicas variam para cada amostra nas mesmas condições de temperatura e pressão. Exemplo: sangue.

Para o estudo das temperaturas de ebulição e fusão, acompanhe a construção de um gráfico de temperatura versus tempo de aquecimento de uma amostra de água no estado sólido até chegar ao estado gasoso.

Mudanças de Estado Físico

O que caracteriza e define um estado físico da matéria são as forças atuantes em seu interior; coesão, a qual tende a aproximar as partículas, e repulsão, a qual tende a afastá-las. Quando a força de coesão supera a de repulsão, a substância se apresentará na fase de agregação chamada de sólido, quando as forças apresentarem a mesma intensidade, teremos um líquido, quando a de repulsão superar a de coesão, teremos então um gás.

Cada um desses estados físicos distingue-se dos outros, entre outros fatores, por sua forma e volume. O estado sólido apresenta forma e volume constante, o líquido forma variável e volume constante, e o gasoso, forma e volume variáveis.

Na fase de agregação sólida, as partículas não apresentam liberdade de movimento, cabendo-lhes apenas movimentos de ordem vibracional, e a matéria terá maior densidade molecular. No estado líquido, as partículas podem literalmente “rolar” umas sobre as outras. Já na fase gasosa, as partículas terão ampla liberdade de movimento, e a matéria estará em sua fase de menor densidade molecular possível.

A matéria pode apresentar-se em qualquer estado físico, dependendo dos fatores pressão e temperatura. Assim, de modo geral, o aumento de temperatura e a redução de pressão favorecem o estado gasoso, e pode-se dizer que o inverso favorece ao estado sólido.

DENSIDADE E A SOLUBILIDADE 

Por que um isopor flutua em uma poça de água? Por que um lápis afunda em uma bacia com água? Por que a esponja flutua no início e depois afunda? Essas são perguntas relacionadas à densidade de um objeto qualquer e está relacionada ao líquido em que ele é colocado para flutuar ou afundar.

DENSIDADE: é a relação entre a massa de um determinado material e o volume que este material ocupa, ou seja, a densidade determina a quantidade de matéria que está presente em uma unidade de volume. Por exemplo, se colocamos um objeto que tem uma massa de 200 gramas e ocupa a área de 150 cm², um celular, por exemplo, dentro de uma bacia com água ele afundará, e o volume de água deslocada por ele será igual a sua massa. A densidade pode ser calculada pela seguinte fórmula e é expressa em gramas por centímetro cúbico, que corresponde ao volume de água descolocada (g/cm³):

Densidade = massa / volume

Cada substância possui uma determinada densidade, podendo uma substância ser mais densa ou menos densa do que a outra. Mas para que saber isso? Se eu te disser que o chumbo é mais denso do que o alumínio, o que isso significaria? Significa que em um dado volume de chumbo há mais matéria que o mesmo volume de alumínio. Ou, de outra forma, se dois objetos feitos de materiais distintos (diferentes) de mesmo tamanho, possuírem pesos diferentes, significa que o de maior peso terá mais matéria ou material do que o de menor peso. A densidade nos auxilia na caracterização de uma substância.

Quando se trata de substâncias líquidas, a substância menos densa ficará acima da substância mais densa, como acontece com a água e o óleo. Mas a diferença na densidade dessas duas substâncias é fácil de ser percebida, pois o óleo não é solúvel ou miscível com a água.

Figura 1: Diferentes líquidos, de cores diferentes, demonstrando a densidade deles e de objetos, como as bolas de gude. Quanto mais em cima o líquido, menor a sua densidade. Quanto maior sua densidade, mais o líquido ou objeto se afunda. (imagem: http://www.invivo.fiocruz.br/)

Material necessário

• 1 Frasco cilíndrico alto, transparente e com tampa. Pode ser um vidro de maionese, por exemplo;
• Xarope de milho ou mel;
• Óleo vegetal;
• Álcool contendo algumas gotas de corante alimentício, para que sua separação possa ser visível;
• Água com corante alimentício de outra cor, também para ser visível e se diferenciar do álcool;
• Objetos pequenos de materiais diversos: bolinha de gude, pedaço de vela, bolinha de naftalina, rolha de cortiça…

Passo-a-passo

1º Coloque no frasco o xarope de milho ou mel;

2º Adicione cuidadosamente uma pequena quantidade semelhante de água contendo algumas gotas de corante, escorrendo-as pelas paredes do frasco;

3º Adicione a mesma quantidade de óleo vegetal por cima da água com corante;

4º Cuidadosamente adicione o álcool contendo algumas gotas de corante em cima do óleo;

5º Coloque pequenos pedaços de plástico, rolhas de cortiça, pedaços de vela, bolinhas de gude, e bolinha de naftalina, etc… Observe no cilindro que cada objeto flutuará em uma camada.

Observação: cuidado com a ordem de adição dos líquidos, pois apenas o óleo é imiscível com a água (não se misturam entre si). Assim a ordem de adição dos líquidos é importante para que estes não se misturem. O xarope pode se dissolver na água, porém, o processo é muito lento. Já o álcool só não se mistura com a água, pois estão separados pela camada de óleo. Os líquidos foram colocados na ordem decrescente de suas densidades, com o xarope de milho tendo a maior e o álcool a menor densidade de todos os líquidos. Os objetos irão flutuar apenas em um líquido que apresente uma densidade maior que a sua.

SOLUBILIDADE: Sempre ao abordar o tema solubilidade, existe uma afirmação que diz: “semelhante dissolve semelhante”, ou seja, uma substância polar tende a se dissolver num solvente polar e uma substância apolar tende a se dissolver em um solvente apolar. Assim, fica fácil de entender porque substâncias inorgânicas, como sais e ácidos, se dissolvem tão bem em água, ou porque o álcool e a água se misturam de maneira irreversível, já que, depois de mistura-los não podemos mais os perceber em separados, somente com os olhos, como acontece com o óleo e a água. Todos os sais são ácidos são polares. Em contrapartida, as substâncias orgânicas se dissolvem muito bem em solventes apolares, como a parafina na gasolina ou óleos no querosene. E é por esse mesmo motivo que água e óleo não se misturam (Figura 1).

Ovo que flutua na água

Referência

1. Maia, SRR. et. al. MANUAL DE AULAS PRÁTICAS DE UM LABORATÓRIO DE QUÍMICA COM MATERIAIS ALTERNATIVOS. Subprojeto PIBID/Química/FAEC-UECE, 2013.