Fenômeno Físico e Químico

Fenômeno Físico é  aquele que não altera a natureza do material que sofre o fenômeno (é qualquer mudança que ocorre num determinado sistema). Toda mudança de estado físico é um fenômeno físico. Também podemos afirmar que o amassamento de uma lata, a mudança de posição de uma pedra, a passagem de uma corrente elétrica por um fio.

Mudanças de estado físico

Cada transformação do estado físico tem uma denominação característica, o que podemos representar através de equações químicas, ou então através de frases:

Pb(s) à Pb(L) - indica que o chumbo sólido está sendo transformado em líquido, o que indica uma fusão (passagem do estado sólido para o estado líquido);

H2O(L) à H2O(s) - indica que a água líquida está sendo transformada em sólido (gelo), o que indica uma solidificação (passagem do estado líquido para o estado sólido);

CO2(s) à CO2(G) - indica que gás carbônico sólido (gelo seco) está sendo transformada em gasoso, o que indica uma sublimação (passagem do estado sólido para o estado gasoso);

nitrogênio gasoso em líquido - indica que houve uma liquefação, pois o nitrogênio passou de gasoso para líquido.

Uma mudança de estado pode ser representado através de um gráfico:

É um gráfico de aquecimento, pois a temperatura sobe no decorrer do tempo. Podemos retirar algumas informações importantes observando o gráfico:

Trata-se de uma substância pura (apresenta ponto de fusão e ebulição constante).

Inicialmente a substância estava sólida e a temperatura inicial era de 10ºC. 

No intervalo de 1 a 3 minutos, a temperatura permaneceu constante (20ºC). Isso indica que a substância estava mudando de estado físico (indo de sólido para líquido). 

De 3 a 4 minutos, ocorreu o aquecimento do líquido. 

No intervalo de 4 a 6 minutos, a substância passou de líquido para gasoso (a temperatura era de 40ºC). 

De 6 a 7 minutos, continuou o aquecimento do gás. 

Podemos ter também um gráfico de resfriamento de uma substância líquida (não necessariamente ela tem que iniciar no gasoso. Isso vai depender do enunciado):

É um gráfico de resfriamento, pois a temperatura diminui no decorrer do tempo. Podemos retirar algumas informações importantes observando o gráfico:

Inicialmente a substância estava líquida e a temperatura inicial era de 60ºC. Durante 20 segundos, ela foi sendo resfriada até chegar a -20ºC.

No intervalo de 20 a 30 segundos, a temperatura permaneceu constante (-20ºC). Isso indica que a substância estava mudando de estado físico (indo de líquido para sólido). 

De 30 a 40 segundos, ocorreu o resfriamento do sólido. 

Podemos ter também uma tabela com substâncias desconhecidas (A, B, C, D e E) e teremos que descobrir o seu estado físico em determinada temperatura. Observe o exemplo:

Substância

ponto de fusão (ºC)

Ponto de ebulição (ºC)

A

-16

80

B

50

80

C

-12

48

D

-100

16

E

25

55

Qual o estado físico das substâncias desconhecidas a 20ºC?

Inicialmente, vamos analisar as informações da tabela. 

O que significa ponto de fusão? É a passagem do estado sólido para o estado líquido. Isso indica que antes do valor a temperatura era sólida. 

O que significa ponto de ebulição? É a passagem do estado líquido para o estado gasoso. Isso indica que antes do valor a temperatura era líquida. 

Basta riscar uma linha, colocar o ponto de fusão e o ponto de ebulição e observar a temperatura que está sendo solicitada

Analisando cada substância separadamente:

Substância A: antes de -16ºC ela era sólida. Depois de 80ºC ela é gasosa. Isso indica que a 20ºC, ela é líquida.

Substância B: antes de 50ºC ela era sólida. Depois de 80ºC ela é gasosa. Isso indica que a 20ºC, ela é sólida.

Substância C: antes de -12ºC ela era sólida. Depois de 48ºC ela é gasosa. Isso indica que a 20ºC, ela é líquida.

Substância D: antes de -100ºC ela era sólida. Depois de 16ºC ela é gasosa. Isso indica que a 20ºC, ela é gasosa.

Substância E: antes de 25ºC ela era sólida. Depois de 55ºC ela é gasosa. Isso indica que a 20ºC, ela é sólida.

Veja o que podemos fazer na tabela diretamente (coloque a temperatura procurada - 20ºC - e veja o estado físico na própria tabela:

O resultado sai mais rapidamente:

Substância A : líquida;

Substância B : sólida;

Substância C : líquida;

Substância D : gasosa;

Substância E : sólida;

Fenômeno Químico é  aquele que altera a natureza do material que sofre o fenômeno. O material do estado inicial "desaparece" e no seu lugar surge pelo menos uma nova substância. São fenômenos químicos: combustão de qualquer material, destruição da camada de ozônio, formação da chuva ácida, o apodrecimento de qualquer fruta, a formação de ferrugem (oxidação) numa placa de ferro etc.

Uma reação química representa um fenômeno químico, sempre que os produtos sejam diferentes dos reagentes. É importante lembrar que uma reação química  é  a transformação de uma ou mais substâncias em novas substâncias. As iniciais são destruídas e originam novos tipos de substâncias, ocorrendo, assim, mudanças nos tipos de moléculas. Todo fenômeno químico é uma reação química.

Os reagentes são as substâncias iniciais, ou seja, que sofrem o fenômeno químico. Os reagentes são consumidos durante o processo de transformação.

Os produtos são as substâncias finais, ou seja, são formadas no lugar dos reagentes (que desaparecem). São o resultado da transformação química ocorrida.

Equação química é a representação gráfica das reações químicas utilizando fórmulas químicas. Nelas, os reagentes são colocados à esquerda (1º membro) e os produtos à direita (2º membro). Entre ambos utiliza-se uma seta, orientada dos reagentes para os produtos. Os números que precedem as fórmulas das substâncias recebem o nome de coeficientes estequiométricos e indicam a proporção entre o número de moléculas reagentes e produzidas.

Observando o exemplo acima, podemos ver:

O elemento hidrogênio (H) e o elemento oxigênio participam da reação através das substâncias simples H2 e O2. São duas moléculas de H2 para uma molécula de O2.  Durante o processo serão consumidas, formando uma substância composta (H2O), que estará presente com duas moléculas.

 

Os coeficientes são necessários para o balanceamento da equação, ou seja, para que se iguale o número de átomos de cada elemento em ambos os membros da equação química. Voltando ao exemplo acima, observe que teremos:

4 átomos de hidrogênio no primeiro e segundo membros da equação;

2 átomos de oxigênio no primeiro e segundo membros da equação.

Veja que ocorreu uma rearranjo de átomos:

Para que ocorra uma reação química, é preciso desfazer as moléculas dos reagentes (H2 e O2) e dispor seus átomos segundo uma nova recombinação. Ocorrerá a formação de novos tipos de moléculas (H2O) e, conseqüentemente, de novas substâncias. No exemplo acima, veja que as substâncias simples (H2 e O2) separaram, formando uma substância composta (H2O).

Veja que os reagentes (situação I) eram substâncias simples (formadas por um só tipo de elemento químico) e passaram a ser substâncias compostas (situação II), o que caracteriza que foram modificados, ocorrendo uma reação química.

Veja que os reagentes (situação I) eram substâncias simples (formadas por um só tipo de elemento químico) e continuam sendo, pois estão apenas misturadas (permanecem intactas utilizando todo  o ambiente).

Representamos os elementos, utilizando o modelo de bolas, para demonstrar a equação química. Veja como fica mais fácil trabalhar com a segunda representação.

Classificação de reações químicas

Síntese ou adição: Temos mais de um reagente e só um produto. Genericamente, podemos afirmar que:  A + B à AB

    Ex: N2 + 3H2 à 2NH3

Análise ou decomposição:  Temos apenas um reagente e vários produtos. Genericamente, podemos afirmar que: AB à A + B

    Ex: CaCO3  à CaO + CO2

Simples troca ou deslocamento:  Temos a mesma quantidade de reagentes e produtos. O que diferencia é uma substância simples aparece tanto nos reagentes como nos produtos. Genericamente, podemos afirmar que:

AB + C à AC + B    ou     AB + C à CB + A

   Ex:   Fe + HCl  à FeCl2 + H2

Dupla troca ou dupla substituição: Temos a mesma quantidade de reagentes e produtos. O que diferencia é que todos são substâncias compostas tanto nos reagentes como nos produtos. Genericamente, podemos afirmar que: 

AB + CD à AD + CB

   Ex: HCl  +  NaOH  à NaCl + H2O

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