Química - Aula 01

Leis das Reações Químicas 

(Leis Ponderais)

DEFINIÇÃO

No final do século XVIII, os cientistas Antoine Laurent Lavoisier e Joseph Louis Proust, através de estudos experimentais, concluíram que as reações químicas obedecem a determinadas leis. Essas leis são chamadas de leis ponderais e relacionam as massas das substâncias, reagentes e produtos participantes de uma reação química.

LEI DE LAVOISIER

A Lei da Conservação das Massas foi elaborada por Lavoisier após determinar a massa total de um sistema fechado, concluindo que a soma das massas dos reagentes é igual a soma das massas dos produtos.

Exemplo: 2 gramas de gás hidrogênio reagem com 16 gramas de gás oxigênio produzindo 18 gramas de água.

mreagentes = mprodutos

Hidrogênio + Oxigênio = Água
2g         +      16g =    18g 

A lei, portanto, segue os enunciados:

“Em um sistema fechado, a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos”.

“Na natureza, nada se perde, nada se cria, tudo se transforma.”

LEI DE PROUST

A Lei das Proporções Constantes foi enunciada após o químico Joseph Louis Proust observar que em uma reação química as massas dos reagentes e as massas dos produtos estabelecem sempre uma proporção constante.

C	+	O2	→	CO2
3 g	:	8 g	:	11 g
6 g		16 g		22 g
9 g		24 g		33 g

Quando a massa de um dos reagentes dobra, as massas dos demais, reagentes e produtos, dobram também. Ao triplicarmos a massa de alguma substância participante da reação, acontecerá o mesmo, a massa de todas as demais substâncias triplicará e assim sucessivamente.

Podemos observar que:

mgásoxigênio/mcarbono	mgás carbônico/mcarbono	mgás carbônico/mgás oxigênio
8/3 = 2,66	11/3 = 3,66	11/8 = 1,375
16/6 = 2,66	22/6 = 3,66	22/16 = 1,375
24/9 = 2,66	33/9 = 3,66	33/24 = 1,375

As relações entre massa O2/massa C, massa CO2/massa C, massa CO2/massa O2, são sempre constantes.

As leis ponderais de Lavoisier e Proust foram muito importantes para estudos posteriores como, por exemplo, com base nessas leis o cientista John Dalton elaborou sua teoria sobre a estrutura atômica, que ficou conhecida como a teoria atômica de Dalton.

Os conceitos das leis ponderais auxiliam a prever as quantidades desconhecidas de reagentes ou produtos em uma reação química, através de um cálculo, conhecido como cálculo estequiométrico.

EXEMPLOS

I) Considerando que 200g de mercúrio reagem completamente com 16g de oxigênio para formar óxido de mercúrio, qual seria a massa de oxigênio necessária para produzir135 g de óxido de mercúrio?

Aplicando a lei de Lavoisier, sabemos que na reação completa de 200 g de mercúrio com 16 g de oxigênio resulta em 216 g de óxido de mercúrio, pois:

Mercúrio + Oxigênio → Óxido de Mercúrio 

    200 g + 16 g    = 216 g

Para produzir 135 g de óxido de mercúrio, precisamos relacionar as proporções. Pela lei de Proust temos:

Mercúrio + Oxigênio → Óxido de Mercúrio

    200 g + 16 g   → 216 g

              x                135 g

Logo:
16/x = 216/135 → x= 10 g
10 g é a massa necessária de oxigênio para obter 135 g de óxido de mercúrio.

---

II) Supondo que 80 g de mercúrio são colocados em contato com 6 g de oxigênio,qual seria o reagente em excesso e qual seria sua massa?

Pela lei de Proust:
Mercúrio + Oxigênio → Óxido de Mercúrio
    200 g +    16 g    =   216 g
    80 g           x
Logo:
200/80 = 16/x → x = 6,4

80 g de mercúrio reagiriam completamente com 6,4 g de oxigênio. Porém, existem apenas 6 g de oxigênio, havendo excesso de mercúrio. 

Pela Lei de Proust:

Mercúrio + Oxigênio → Óxido de Mercúrio 

    200 g +    16 g    =      216 g
      y              6 g                

200/y = 16/6 → y = 75 g

A massa de mercúrio que reagiu foi 75 g, como a massa de mercúrio presente era de 80 g, existem 5 g em excesso.

COMPOSIÇÃO CENTESIMAL

Com base nas Leis Ponderais, também podemos definir a percentagem, em massa, de cada elemento presente em uma substância, ou seja: a composição centesimal indica a massa (em gramas) de cada elemento presente em 100 g de substância. 

Exemplo: se 450 g de água foram originados pela reação de 50 g de hidrogênio com 400 g de oxigênio, qual será a sua composição centesimal?

Hidrogênio + Oxigênio →Água
   50 g               400 g       450 g
                                         100 g

Calculando a quantidade de hidrogênio:
50 g de hidrogênio/450 g de água = x g de hidrogênio/100 g de água
x = (50 * 100)/450
x = 11,1 g

Repetindo o procedimento para o oxigênio:
400 g de oxigênio/450 g de água = y g de oxigênio/100 g de água
y = (400 * 100)/450
y = 88,9 g

A conclusão é que, em cada 100 gramas de água, é formada por 11,1 gramas de hidrogênio e 88,9 gramas deoxigênio. A composição percentual da água é de 11,1% de hidrogênio e 88,9% de oxigênio.

EXERCÍCIO

(Mackenzie-SP) A tabela a seguir, com dados relativos à equação citada, refere-se a duas experiências realizadas. Então, podemos afirmar que: 

C+ O2→  CO2
1° Experiência	12 g	32g	X g
2° Experiência	36 g	Y g	132 g

a) X é menor que a soma dos valores das massas dos reagentes da 1ª experiência. 

b) X = Y
c) Y é igual ao dobro do valor da massa de carbono que reage na 2ª experiência.
d) 32/Y = X/132
e) Y = 168

Resolução

Pela Lei de Lavoisier podemos calcular X:

C + O2  CO212 g + 32 g = 44 g
X = 44 g

Pela lei de Proust podemos calcular Y:

a CO2

12 g + 32 g = 44 g
36 g    Y

12 g/36 g = 32g/Y
Y = (36*32)/12
Y = 96

A resposta correta é a alternativa D, pois 32/96 = 44/132.

Lei de Dalton (Lei das proporções múltiplas)

Se uma massa fixa de um elemento se combina com massas diferentes de um segundo elemento, para formar compostos diferentes, estas massas (diferentes) estão entre si numa relação de números inteiros pequenos. O nitrogênio se combina com o oxigênio, formando diferentes óxidos:

Verifica-se que, permanecendo constante a massa do nitrogênio, as massas do oxigênio, entre si, numa relação simples de números inteiros e pequenos, ou seja, 1:2: 3:4: 5.

Exemplo:
Para duas razões conhecidas, temos:

1C + 1O → 1CO razão 1/1 = 1
1C + 1O2 → CO2 razão 1/2

Na primeira reação ocorre a formação do monóxido de carbono, cuja proporção de carbono por oxigênio é uma razão de números inteiros de resultado igual a 1. Na segunda reação, temos a formação do dióxido de carbono (CO2), cuja relação carbono por oxigênio é uma razão de números inteiros 1/2. Lei de Gay Lussac (Só vale para reações entre gases) Numa reação onde só participam gases e nas mesmas condições de temperatura e pressão, existe uma proporção de números inteiros e pequenos entre volumes dos gases participantes da reação. Comprovação da Lei: Através da comprovação da Lei você poderá notar que o volume do gás produto (2 C(g)) não é necessariamente igual ao dos reagentes. Retome o exemplo da comprovação da Lei: Reagentes: 1V + 3V = 4V Produtos: 2V Exemplo: Em determinadas condições de presão e temperatura, verificou-se que 0,70 L de monóxido de nitrogênio reage com 0,35 L de oxigênio para formar 0,70 L de dióxido de nitrogênio. Mostrar que esses dados estão de acordo com a Lei Volumétrica de Gay-Lussac. A proporção montada a partir dos volumes fornecidos é: O,70 : 0,35 : 0,70 Dividindo-a pelo menor termo da proporção, temos: 0,70/0,35 : 0,35/0,35 : 0,70/0,35 Ou seja: 2 : 1 : 2 (uma proporção de números inteiros e pequenos). É bom lembrar que numa reação química “o volume dos gases pode não se conservar, a massa sempre se conserva (Lei de Lavoisier)”.

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Matemática - Aula 01

Introdução aos Números Naturais

conjunto dos números naturais é representado pela letra maiúscula N e estes números são construídos com os algarismos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, que também são conhecidos como algarismos indo-arábicos. No século VII, os árabes invadiram a Índia, difundindo o seu sistema numérico. Embora o zero não seja um número natural no sentido que tenha sido proveniente de objetos de contagens naturais, iremos considerá-lo como um número natural uma vez que ele tem as mesmas propriedades algébricas que os números naturais. Na verdade, o zero foi criado pelos hindus na montagem do sistema posicional de numeração para suprir a deficiência de algo nulo. Para saber mais, clique nos links: Notas históricas sobre o zero ou Notação Posicional. Caso queira se aprofundar no assunto, veja o belíssimo livro: "História Universal dos Algarismos, Tomos I e II, Editora Nova Fronteira, 1998 e 1999", de Georges Ifrah. Na sequência consideraremos que os naturais têm início com o número zero e escreveremos este conjunto como: N = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ...}


Representaremos o conjunto dos números naturais com a letra N. As reticências (três pontos) indicam que este conjunto não tem fim. N é um conjunto com infinitos números. Excluindo o zero do conjunto dos números naturais, o conjunto será representado por: N* = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ...}

1. Todo número natural dado tem um sucessor (número que vem depois do número dado), considerando também o zero.
   
   
   Exemplos: Seja m um número natural.

   (a) O sucessor de m é m+1.
   (b) O sucessor de 0 é 1.
   (c) O sucessor de 1 é 2.
   (d) O sucessor de 19 é 20.
   

2. Se um número natural é sucessor de outro, então os dois números juntos são chamados números consecutivos.
   Exemplos:

   (a) 1 e 2 são números consecutivos.
   (b) 5 e 6 são números consecutivos.
   (c) 50 e 51 são números consecutivos.
   

3. Vários números formam uma coleção de números naturais consecutivos se o segundo é sucessor do primeiro, o terceiro é sucessor do segundo, o quarto é sucessor do terceiro e assim sucessivamente.
   
   
   Exemplos:

   (a) 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7 são consecutivos.
   (b) 5, 6 e 7 são consecutivos.
   (c) 50, 51, 52 e 53 são consecutivos.
   

4. Todo número natural dado n, exceto o zero, tem um antecessor (número que vem antes do número dado).
   Exemplos: Se m é um número natural finito diferente de zero.

   (a) O antecessor do número m é m-1.
   (b) O antecessor de 2 é 1.
   (c) O antecessor de 56 é 55.
   (d) O antecessor de 10 é 9.

Números Inteiros

A evolução dos números, assim como a dos conjuntos numéricos, ocorreu de modo a colaborar com a necessidade da humanidade. Os números inteiros apareceram quando os números naturais não satisfaziam todas as necessidades, como, por exemplo, para suprir a inexistência de números negativos no conjunto d

Os números inteiros positivos foram os primeiros números trabalhados pela humanidade e tinham como finalidade contar objetos, animais, enfim, elementos do contexto histórico no qual se encontravam.

O conjunto dos números inteiros positivos recebe o nome de conjunto dos números naturais. Sendo ele:

={0,1,2,3,4,5,6…}

Enquanto que o conjunto dos números inteiros contempla também os inteiros negativos, constituindo o seguinte conjunto:

={…,-8,-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8…}

Os números inteiros estão presentes até hoje em diversas situações do cotidiano da humanidade, como, por exemplo, para medir temperaturas, contar dinheiro, marcar as horas, etc. Sua importância é indiscutível.

Diante disso, buscaremos estudar todas as propriedades desse conjunto numérico que existe há tanto tempo, perpassando pela teoria de conjuntos, intersecção de conjuntos numéricos, entre outros conceitos que fazem parte desse conteúdo.

Números racionais

  
    Racionais Positivos e Racionais Negativos

    O quociente de muitas divisões entre números naturais é um número racional absoluto.

                    

    Números racionais positivos e números racionais negativos que sejam quocientes de dois negativos que sejam quocientes de dois números inteiros, com divisor diferente de zero.

    Por exemplo:

    (+17) : (-4) = 

      é um número racional negativo

  

    Números Racionais Positivos

    Esses números são quocientes de dois números inteiros com sinais iguais.

·        (+8) : (+5)  

·        (-3) : (-5)  

     Números Racionais Negativos

    São quocientes de dois números inteiros com sinais diferentes.

·        (-8) : (+5) 

·        (-3) : (+5) 

     Números Racionais: Escrita Fracionária

        têm valor igual a   e representam o número racional  .

    Obs.: Todo número inteiro é um número racional, pois pode ser escrito na forma fracionária:

    

    Denominamos número racional o quociente de dois números inteiros (divisor diiferente de zero), ou seja, todo número que pode ser colocado na forma fracionária, em que o numerador e denominador são números inteiros.

 Números Irracionais

Todo número decimal é um número irracional? Para as pessoas que têm dúvida quanto a isso, veremos, neste artigo, como definir o conjunto dos números irracionais e observaremos alguns exemplos de números importantes na matemática, que são “constantes irracionais”.

Os números irracionais são aqueles que não podem ser representados por meio de uma fração. O surgimento desses números veio de um antigo problema que Pitágoras se recusava a aceitar, que era o cálculo da diagonal de um quadrado, cujo lado mede 1 unidade, diagonal esta que mede √2. Este número deu início ao estudo de um novo conjunto, representado pelos números irracionais.

Hoje em dia, pensamos: “Nossa, mas encontrar o valor de √2 é tão fácil, basta usarmos a calculadora”. Entretanto, na época em que começaram estes estudos, o único mecanismo para encontrar os valores das raízes quadradas envolvia os números quadrados (√2²,√3²,√4², …).

Com o estudo contínuo dos elementos da matemática, os matemáticos se depararam com a necessidade de calcular o comprimento de uma circunferência; e com cálculos contínuos, notaram que um número se repetia para qualquer que fosse a circunferência, número este que outrora foi denominado de número pi (π).

Esse número é encontrado através da razão do comprimento pelo diâmetro da circunferência.



Esse é um dos números que foi citado no início do texto: a constante π é de fundamental importância para a área de geometria e trigonometria.

Veremos alguns exemplos de números irracionais e notaremos que a sua parte decimal não possui nenhuma estrutura que possa ser fundamentada em forma de fração, assim como ocorre em frações periódicas.

Constantes irracionais ou números transcendentais:


 

Números irracionais obtidos pela raiz quadrada de um número:


Estes são os números irracionais, cujo valor da última casa decimal nunca saberemos.

Com isso, podemos falar que números irracionais são aqueles que em sua forma decimal são números decimais infinitos e não periódicos. Em outras palavras, são aqueles números que possuem infinitas casas decimais e em nenhuma delas obteremos um período de repetição.

O conjunto dos números irracionais é representado pela letra I ( i maiúscula) 

 Função de 1º grau

  Definição

 Chama-se função polinomial do 1º grau, ou função afim, a qualquer função f de IR em IR dada por uma lei da forma f(x) = ax + b, onde a e b são números reais dados e a0.

 Na função f(x) = ax + b, o número a é chamado de coeficiente de x e o número b é chamado termo constante.

 Veja alguns exemplos de funções polinomiais do 1º grau:

 f(x) = 5x - 3, onde a = 5 e b = - 3
 f(x) = -2x - 7, onde a = -2 e b = - 7
 f(x) = 11x, onde a = 11 e b = 0

Gráfico

    O gráfico de uma função polinomial do 1º grau,  y = ax + b, com a0, é uma reta oblíqua aos eixos Oxe Oy.

    Exemplo:

    Vamos construir o gráfico da função y = 3x - 1:
    Como o gráfico é uma reta, basta obter dois de seus pontos e ligá-los com o auxílio de uma régua:

    a)    Para   x = 0, temos   y = 3 · 0 - 1 = -1; portanto, um ponto é (0, -1).
    b)    Para   y = 0, temos   0 = 3x - 1; portanto,  e outro ponto é .

    Marcamos os pontos (0, -1) e  no plano cartesiano e ligamos os dois com uma reta.

x y 0 -1 0

    Já vimos que o gráfico da função afim y = ax + b é uma reta.
    O coeficiente de x, a, é chamado coeficiente angular da reta e, como veremos adiante, a está ligado à inclinação da reta em relação ao eixo Ox.

    O termo constante, b, é chamado coeficiente linear da reta. Para x = 0, temos y = a · 0 + b = b. Assim, o coeficiente linear é a ordenada do ponto em que a reta corta o eixo Oy.

Zero e Equação do 1º Grau

   Chama-se zero ou raiz da função polinomial do 1º grau f(x) = ax + b, a0, o número real x tal que  f(x) = 0.

   Temos:

   f(x) = 0        ax + b = 0        

   Vejamos alguns exemplos:

1. Obtenção do zero da função f(x) = 2x - 5:
                                       f(x) = 0        2x - 5 = 0        
2. Cálculo da raiz da função g(x) = 3x + 6:
                                       g(x) = 0        3x + 6 = 0        x = -2
      
3. Cálculo da abscissa do ponto em que o gráfico de h(x) = -2x + 10 corta o eixo das abicissas:
   O ponto em que o gráfico corta o eixo dos x é aquele em que h(x) = 0; então:
       h(x) = 0        -2x + 10 = 0        x = 5

Crescimento e decrescimento

   Consideremos a função do 1º grau y = 3x - 1. Vamos atribuir valores cada vez maiores a x e observar o que ocorre com y:

x -3 -2 -1 0 1 2 3 y -10 -7 -4 -1 2 5 8       Notemos que, quando aumentos o valor de x, os correspondentes     valores de y também aumentam. Dizemos, então que a     função y = 3x - 1 é crescente.    Observamos novamente seu gráfico:

Regra geral:

a função do 1º grau f(x) = ax + b é crescente quando o coeficiente de x é positivo (a > 0);
a função do 1º grau f(x) = ax + b é decrescente quando o coeficiente de x é negativo (a < 0);

Justificativa:

• para a > 0: se x₁ < x₂, então ax₁ < ax₂. Daí, ax₁ + b < ax₂ + b, de onde vem f(x₁) < f(x₂).
• para a < 0: se x₁ < x₂, então ax₁ > ax₂. Daí, ax₁ + b > ax₂ + b, de onde vem f(x₁) > f(x₂).
• Sinal
     Estudar o sinal de uma qualquer y = f(x) é determinar os valor de x para os quais y é positivo, os valores de x para os quais y é zero e os valores de x para os quais y é negativo.
      Consideremos  uma função afim y = f(x) = ax + b vamos estudar seu sinal. Já vimos que essa função se anula pra raiz . Há dois casos possíveis:
    1º) a > 0 (a função é crescente)
           y > 0       ax + b > 0         x > 
           y < 0      ax + b < 0         x < 
      Conclusão: y é positivo para valores de x maiores que a raiz; y é negativo para valores de x menores que a raiz
  
  2º) a < 0 (a função é decrescente)
            y > 0   ax + b > 0            x < 
           y < 0   ax + b < 0        x > 
  
  
  Conclusão: y é positivo para valores de x menores que a raiz; y é  negativo para valores de x maiores que a raiz.
  
  
  

Função de 2º Grau

• INTRODUÇÃO

  Para a entender a Função de 2º Grau - importante tema para o Enem -, acompanhe o seguinte raciocínio: na física, sabe-se que a trajetória de um projétil lançado obliquamente em relação ao solo horizontal é um arco de parábola com a concavidade voltada para baixo.
   

  Função Quadrática (Foto: Colégio Qi)

  Adotando a origem O do sistema de eixos coordenados no ponto de lançamento, pode-se demonstrar que a altura atingida, num determinado instante, por esse projétil (ordenada y) e a distância alcançada, nesse mesmo instante, na horizontal (abscissa x) relacionam-se de acordo com a função definida pela sentença y = A.x2 + B.x, na qual Aé uma constante que depende do ângulo de tiro, da velocidade vo de lançamento e da aceleração local da gravidade, e B é um valor constante que depende do ângulo do tiro. Tal função descrita acima é uma função polinomial do 2º grau ou também conhecida como função quadrática. Esta função tem aplicação em diversos cálculos.

  DEFINIÇÃO

  Função Polinomial do 2º Grau ou Função Quadrática é a função real definida por:

  f(x) = ax2 + bx + c, 

  onde a, b e c são coeficientes reais, sendo a ≠ 0. 

  Vejamos alguns exemplos de função quadrática:
  a) y = x2 – 5x + 6, na qual a = 1, b = -5 e c = 6
  b) y = - x2 + x + 4, na qual a = - 1, b = 1 e c = 4
  c) y = 3x2 – 4x, na qual a = 3, b = -4 e c = 0
  d) y = 2x2 – 1, na qual a = 2, b = 0 e c = -1

  PROPRIEDADES GRÁFICAS

  O gráfico da Função Polinomial do 2º Grau y = ax2 + bx + c é uma parábola cujo eixo de simetria é uma reta vertical, paralela ao eixo y ou até mesmo o próprio eixo y, passando pelo vértice da parábola. 

  Função Quadrática (Foto: Colégio Qi)

  Observe que o eixo de simetria intercepta o eixo x (eixo das abscissas) num ponto equidistante das raízes, além de interceptar a parábola em seu ponto de máximo ou em seu ponto de mínimo. A parábola terá ponto de máximo ou de mínimo de acordo com a sua concavidade. Observe isso atentamente agora.

  Concavidade da parábola

  A parábola pode ter a concavidade voltada para cima ou para baixo. A parábola tem a concavidade voltada para cima quando a > 0 enquanto tem a concavidade voltada para baixo quando a < 0. Observe:

  a > 0   a < 0

  Interseção da parábola com o eixo x (eixo das abscissas):

  A parábola intercepta o eixo x (eixo das abscissas) no ponto (x,0), ou seja, sempre que y for igual a zero. Logo, temos que ax2 + bx + c = 0. As raízes da função são raízes da equação do 2º grau, ou seja, x = -b ± b2-4ac2a 

  Repare que, sendo ∆ = b2 – 4ac, podemos ter: 

  Δ < 0 =  a parábola não intercepta o eixo Ox.
  Δ = 0 =  a parábola é tangente ao eixo Ox.
  Δ > 0 =  a parábola intercepta o eixo Ox em dois pontos distintos.

  Observe as possibilidades descritas abaixo:

  
  

  Figura (Foto: Colégio Qi)

  
  

  INTERSEÇÃO DA PARÁBOLA COM O EIXO Y (EIXO DAS ORDENADAS):

  A parábola intercepta o eixo das ordenadas sempre quando temos o valor de x igual a zero, ou seja, y = a.02 + b.0 + c = 0 + 0 + c = c. Logo, a parábola intercepta o eixo das ordenadas no ponto (0,c).

  VÉRTICE DA PARÁBOLA:

  O vértice da parábola determina o ponto de mínimo ou de máximo da função. Tal vértice será o par ordenado (xv,yv). Vamos determinar o xv:

  Como o eixo de simetria passa pelo vértice e é equidistante as raízes, temos que o xv é a média aritmética das raízes. Para calcularmos a média aritmética entre duas raízes, basta somarmos os valores e, em seguida, dividir o resultado da soma por dois. Então, o xv será: 

  xv = −

  EXERCÍCIO

  1 - (ENEM 2000) Um boato tem um público alvo e alastra-se com determinada rapidez. Em geral, essa rapidez é diretamente proporcional ao número de pessoas desse público que conhece o boato e diretamente proporcional também ao número de pessoas que não o conhece. Em outras palavras, sendo R a rapidez e propagação, P o público-alvo e x o número de pessoas que conhece o boato, tem-se: R(x) = kx(P – x), em que k é uma constante positiva característica do boato. Considerando o modelo acima descrito, se o público-alvo é de 44000 pessoas, então a máxima rapidez de propagação ocorrerá quando o boato for conhecido por um número de pessoas igual a:
  a) 11000
  b) 22000
  c) 33000
  d) 38000
  e) 44000
  
  Solução: Sendo P = 44 000 temos R(x) = kx(44 000 – x)
  R(x) = -kx2 + 44 000kx
  Para se obter o número de pessoas onde teremos a máxima rapidez de propagação, basta utilizar o xv = - b/2a = -44 000/-2 = 22 000
  Letra B. 

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