LEARNING OBJECTIVES
Ao final desta secção, poderá:
- Identificar propriedades e alterações na matéria como físicas ou químicas
- Identificar propriedades da matéria como extensivas ou intensivas
As características que nos permitem distinguir uma substância de outra são chamadas propriedades. Uma propriedade física é uma característica da matéria que não está associada a uma mudança na sua composição química. Exemplos familiares de propriedades físicas incluem densidade, cor, dureza, pontos de fusão e de ebulição e condutividade elétrica. Podemos observar algumas propriedades físicas, tais como densidade e cor, sem alterar o estado físico da matéria observada. 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 alteração física. Uma alteração física é uma alteração do estado ou propriedades da matéria sem qualquer alteração da sua composição química (as identidades das substâncias contidas na matéria). Observamos uma mudança física quando a cera derrete, quando o açúcar se dissolve no café e quando o vapor se condensa em água líquida (Figura 1). Outros exemplos de mudanças físicas incluem magnetização e desmagnetização de metais (como é feito com etiquetas de segurança antifurto comuns) e moagem de sólidos em pós (que às vezes podem produzir mudanças perceptíveis na cor). Em cada um desses exemplos, há uma mudança no estado físico, forma ou propriedades da substância, mas nenhuma mudança em sua composição química.
Figure 1. (a) A cera sofre uma mudança física quando a cera sólida é aquecida e forma cera líquida. (b) A condensação a vapor dentro de uma panela é uma mudança física, pois o vapor de água é transformado em água líquida. (crédito a: modificação do trabalho por “95jb14″/Wikimedia Commons; crédito b: modificação do trabalho 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, reatividade (muitos tipos), e calor de combustão. O ferro, por exemplo, combina com oxigênio na presença de água para formar ferrugem; o cromo não oxida (Figura 2). A nitroglicerina é muito perigosa porque explode facilmente; o néon não representa quase nenhum perigo porque é muito pouco reactivo.
Figure 2. (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 de trabalho por Tony Hisgett; crédito b: modificação de trabalho por “Atoma”/Wikimedia Commons)
Para identificar uma propriedade química, procuramos uma mudança química. 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 alteração química porque os gases produzidos são tipos de matéria muito diferentes da substância original. Outros exemplos de alterações químicas incluem reacções que são realizadas em laboratório (como a reacção do cobre com ácido nítrico), todas as formas de combustão (queima), e alimentos cozinhados, digeridos ou em decomposição (Figura 3).
Figure 3. (a) Cobre e ácido nítrico sofrem uma mudança química para formar nitrato de cobre e dióxido de nitrogênio marrom e gasoso. (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) A cozedura de carne vermelha causa uma série de alterações químicas, incluindo a oxidação do ferro na mioglobina que resulta na familiar alteração da cor vermelho-castanho. (d) Uma banana ficando marrom é uma mudança química como nova, mais escura (e menos saborosa) substância que se forma. (crédito b: modificação do trabalho de Jeff Turner; crédito c: modificação do trabalho de Gloria Cabada-Leman; crédito d: modificação do trabalho de Roberto Verzo)
Propriedades de matéria enquadram-se em uma de duas categorias. Se a propriedade depende da quantidade de matéria presente, trata-se de uma propriedade extensa. A massa e o volume de uma substância são exemplos de propriedades extensivas; por exemplo, um galão de leite tem uma massa e um volume maior do que uma xícara de leite. O valor de uma propriedade extensiva é diretamente proporcional à quantidade de matéria em questão. Se a propriedade de uma amostra de matéria não depende da quantidade de matéria presente, ela é uma propriedade intensiva. A temperatura é um exemplo de uma propriedade intensiva. Se o galão e o copo de leite estiverem cada um a 20 °C (temperatura ambiente), quando estão combinados, a temperatura permanece a 20 °C. Como outro exemplo, considere as propriedades distintas, mas relacionadas, do calor e da temperatura. Uma gota de óleo de cozinha quente salpicada no seu braço causa um desconforto breve e menor, enquanto uma panela de óleo quente produz queimaduras graves. Tanto a gota como o pote de óleo estão à mesma temperatura (uma propriedade intensiva), mas o pote contém claramente muito mais calor (propriedade extensiva).
Hazard Diamond
P>Você pode ter visto o símbolo mostrado na Figura 4 em recipientes de produtos químicos em um laboratório ou local de trabalho. Por vezes chamado “diamante de fogo” ou “diamante de perigo”, este diamante de perigo químico fornece informação valiosa que resume brevemente os vários perigos dos quais se deve estar atento quando se trabalha com uma determinada substância.
Figure 4. O diamante de risco da Agência Nacional de Proteção contra Incêndios (NFPA) resume os principais perigos de uma substância química.
O Sistema de Identificação de Perigos da Agência Nacional de Proteção contra Incêndios (NFPA) 704 foi desenvolvido pela NFPA para fornecer informações de segurança sobre determinadas substâncias. O sistema detalha a 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 fulgor). O diamante azul (à esquerda) indica o nível de perigo para a saúde. O diamante amarelo (à direita) descreve os perigos de reactividade, tais como a rapidez com que a substância irá sofrer detonação ou uma alteração química violenta. O diamante branco (inferior) indica perigos especiais, tais como se for um oxidante (que permite que a substância queime na ausência de ar/oxigénio), sofrer uma reacção invulgar ou perigosa com a água, for corrosiva, ácida, alcalina, um perigo biológico, radioactiva, etc. Cada perigo é classificado numa escala de 0 a 4, sendo que 0 não é perigoso e 4 é extremamente perigoso.
Embora muitos elementos difiram drasticamente nas suas propriedades químicas e físicas, alguns elementos têm propriedades semelhantes. Podemos identificar conjuntos de elementos que exibem comportamentos comuns. Por exemplo, muitos elementos conduzem bem o calor e a electricidade, enquanto outros são maus condutores. Estas 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 propriedades tanto de metais como de não metais).
A tabela periódica é uma tabela de elementos que coloca elementos com propriedades semelhantes próximos uns dos outros (Figura 5). Você aprenderá mais sobre a tabela periódica ao continuar seu estudo de química.
Figure 5. A tabela periódica mostra como os elementos podem ser agrupados de acordo com certas propriedades similares. Note que a cor de fundo indica se um elemento é um metal, metalóide ou não metálico, enquanto a cor do símbolo do elemento indica se é um sólido, líquido ou gás.
Conceitos Chave e Resumo
Todas as substâncias têm propriedades físicas e químicas distintas, e podem sofrer alterações físicas ou químicas. Propriedades físicas, tais como dureza e ponto de ebulição, e alterações físicas, tais como derretimento ou congelamento, não envolvem uma mudança na composição da matéria. Propriedades químicas, tais como inflamabilidade e acidez, e alterações químicas, tais como ferrugem, envolvem a produção de matéria que difere daquela presente de antemão.
As propriedades mensuráveis enquadram-se em uma de duas categorias. As propriedades extensivas dependem da quantidade de matéria presente, por exemplo, a massa de ouro. Propriedades intensivas não dependem da quantidade de matéria presente, por exemplo, a densidade do ouro. O calor é um exemplo de uma propriedade extensiva, e a temperatura é um exemplo de uma propriedade intensiva.
Chemistry End of Chapter Exercises
- Classify the six underlined properties in the following paragraph as chemical or physical: O flúor é um gás amarelo pálido que reage com a maioria das substâncias. O elemento livre derrete a -220 °C e ferve a -188 °C. Os metais finamente divididos queimam em flúor com uma chama brilhante. Dezenove gramas de flúor reagirão com 1,0 grama de hidrogênio.
- Classify each of the following changes as physical or chemical:
- condensation of steam
- burning of gasoline
- souring of milk
- dissolving of sugar in water
- melting of gold
- Classify each of the following changes as physical or chemical:
- coal burning
- ice melting
- mixing chocolate syrup with milk
- explosion of a firecracker
- magnetizing of a screwdriver
- The volume of a sample of oxygen gas changed from 10 mL to 11 mL as the temperature changed. Is this a chemical or physical change?
- A 2.0-liter volume of hydrogen gas combined with 1.0 liter of oxygen gas to produce 2.0 liters of water vapor. Does oxygen undergo a chemical or physical change?
- Explain the difference between extensive properties and intensive properties.
- Identify the following properties as either extensive or intensive.
- volume
- temperature
- humidity
- heat
- boiling point
- The density (d) of a substance is an intensive property that is defined as the ratio of its mass (m) to its volume (V).
\text{density}=\frac{\text{mass}}{\text{volume}}\phantom{\rule{2em}{0ex}}; \text{d}=\frac{\text{m}}{\text{V}}
Considering that mass and volume are both extensive properties, explain why their ratio, density, is intensive.
Selected Answers
2. (a) physical; (b) chemical; (c) chemical; (d) physical; (e) physical
4. physical
6. The value of an extensive property depends upon the amount of matter being considered, whereas the value of an intensive property is the same regardless of the amount of matter being considered.
8. Being extensive properties, both mass and volume are directly proportional to the amount of substance under study. Dividir uma propriedade extensiva por outra irá “cancelar” esta dependência da quantidade, produzindo uma relação que é independente da quantidade (uma propriedade intensiva).
Glossary
chemical change
change producing a different kind of matter from the original kind of matter
chemical property
behavior that is related to the change of one kind of matter into another kind of matter
extensive property
property of a substance that depends on the amount of the substance
intensive property
property of a substance that is independent of the amount of the substance
physical change
change in the state or properties of matter that does not involve a change in its chemical composition