Lista de Exercícios - Propriedades Coligativas

ae galera,

segue a lista de exercícios, preparada pela coordenação de química do pvs, sobre propriedades coligativas (o assunto da aula passada do extensivo, e da aula de amanhã no intensivo):

https://dl.dropboxusercontent.com/u/37515794/Propriedades%20Coligativas%20-%202013%20-%20Exerc%C3%ADcios.pdf

abs!

Aula de C

Pessoal da turma de Métodos Numéricos,

Aqui estão disponíveis os arquivos da aula de C, ministrada nos dia 30/09 e 06/10:

aula: https://dl.dropboxusercontent.com/u/37515794/aula_c.pdf

códigos: https://dl.dropboxusercontent.com/u/37515794/codigos.zip

Até! : D

Conversão de unidades - Complemento da aula extra

Galera,

segue o finalzinho da aula extra, que eu fiquei de passar para vocês, tratando sobre conversão entre unidades múltiplas que tenham expoentes:

https://www.dropbox.com/s/0jenjaabnq9nfod/unidades_potencia.pdf

qualquer dúvida to por aí!

Estequiometria em Reações Químicas

Hoje vamos a algumas dicas rápidas para como resolver questões de estequiometria com reações químicas.

Tomemos por exemplo a reação:

2H₂ + O2 →2H₂O

Lemos esta equação da seguinte maneira: 2 moléculas de gás hidrogênio (H₂) reagem com 1 molécula de gás oxigênio (O2), formando 2 moléculas de água (H₂O).

Como o número de moléculas é diretamente proporcional ao número de mols, também poderíamos dizer: 2 mols de gás hidrogênio (H₂) reagem com 1 mol de gás oxigênio (O2), formando 2 mols de água (H₂O)! De fato, esta é a maneira mais usual de se pronunciar.

Mas e se lhe fizerem uma pergunta com outro número? Se lhe for perguntado, por exemplo, quantos mols de H₂O se formam a partir de 8 mols de O2, o que fazer? 

Ex1) Quantos mols de H2O se formam a partir de 8 mols de oxigênio?

Temos de montar uma regra de três!

Esta regra de três tem a seguinte estrutura: na primeira linha, coloca-se a relação entre mols que visualizamos diretamente na reação química. No nosso exemplo, a pergunta cita O2 e H2O, correto? Então temos de escrever a relação entre os coeficientes que há entre O2 e H2O, que está na reação química. Fica: 

1 mol de O2 ------ 2 mols de H2O

Na segunda linha, escrevemos a pergunta do problema. Leia lá novamente. Ele quer saber quantos mols de H2O formam-se a partir de 8 mols de O2. Portanto, escrevemos:

8 mols de O2 ----- x mols de H2O

Leia-se: 8 mols de O2 formam quantos mols de H2O?

Juntando as duas linhas, a regra de três completa fica:

1 mol de O2 ------ 2 mols de H2O                               ---> relação que vem diretamente da reação!

8 mols de O2 ----- x mols de H2O                               ---> pergunta do problema!

Lendo a montagem completa: se 1 mol de O2 reage formando 2 mols de H2O, 8 mols de O2 reagem formando quantos mols de H2O?

Resolvendo, descobrimos x = 16 mols de H2O.

A moral da história aqui é: na primeira linha da regra de três, sempre temos de colocar a informação proveniente da reação. Na linha de baixo, colocamos a pergunta do problema.

A coisa começa a ficar mais interessante com perguntas do tipo: qual a massa de H2O formada a partir de 64 g de oxigênio?

Ex2) Qual a massa de H2O formada a partir de 64 g de oxigênio?

Aqui entramos num dilema. Sabemos a relação entre os mols, vista diretamente na reação: 1 mol de O2 forma 2 mols de H2O. Mas a pergunta do problema está em massa! Não em mols! 

A estratégia a seguir será:

1. escrevo a relação em mols, visualizada diretamente na reação;
2. na linha de baixo, transformo esta relação para massa;
3. escrevo uma terceira linha, com a pergunta do problema (feita em termos de massa);
4. ignorando a primeira linha, resolvo a regra de três.

Neste caso, a primeira linha seria, como no exemplo anterior:

1 mol de O2 ------ 2 mols de H2O

Depois, na linha de baixo, passo esta informação para massa, conforme os métodos do texto anterior (http://afranio-pvs.blogspot.com.br/2013/05/relacao-entre-massa-e-mol.html). Ficamos com: 

1 mol de O2 ------ 2 mols de H2O

32 g de O2 -------- 2 * 18 g de H2O              --> relação acima transformada para massa!

E na terceira e última linha, escrevo a pergunta do problema:

64 g de O2 -------- y g de H2O

Montando tudo, ficaríamos com: 

1 mol de O2 ------ 2 mols de H2O                   ---> relação, vinda da reação química, em mol!

32 g de O2 -------- 2 * 18 g de H2O         ---> informação de cima (mol) transformada para massa!

64 g de O2 -------- y g de H2O                       ---> escrevo a pergunta do problema, em massa!

Ignorando a primeira linha (em mol, já transformada para massa), resolvemos e obtemos 72 g de H2O.

Então o segredo é este, galera! Se a pergunta estiver em termos de massa (99% das questões são assim) sempre escrevam a relação em mol (que está na reação) e a transformem para massa na hora de montar a regra de três.

Boa prova a todos e até mais.

Relação entre Massa e Mol

O presente texto se destina a tratar de um assunto que provavelmente vai cair na UERJ e CEDERJ. Estequiometria!

O próprio nome do assunto já assusta, não é verdade? De fato, é um assunto complicado. Mas vamos ver que não existe tanto motivo para drama depois que entendemos os conceitos e os treinamos com exercícios. 

Nosso primeiro passo é entender o que de fato é o mol. O mol é uma quantidade. Simples. Nada mais que isso. Por exemplo: o que é uma dúzia? 12. Mas 12 o quê? Qualquer coisa! Ovos, bananas, formigas. Uma dezena? 10. Uma centena? 100. Um milhar? 1000. Um mol? 602000000000000000000000.

É um número grande, como pode-se notar. Ele poderia ser usado para medir qualquer coisa (ovos, bananas, formigas!), mas o que se mede em mols na prática são coisas muito pequenas, tais como átomos e moléculas. Se fôssemos medir, por exemplo, o número de átomos contidos em 72 g de água, acharíamos 8000000000000000000000000000 átomos. Aposto que você não sabe nem ao menos pronunciar este número. Mas esta mesma quantidade é igual a simples 4 mols. Mais conveniente expressar desta maneira, não acha?

Outra coisa: como é um número muito grande, o mol é sempre escrito em notação científica. Desta maneira, temos que 1 mol =  6,02 X 10²³.

Pare, releia, e veja se entendeu.

Agora, o pulo do gato: lembre-se de que 'massa' também é uma medida de quantidade (de matéria). Portanto, podemos converter de mol para massa, e vice-versa. Por exemplo, em 1 mol de água, temos 18 g. Em 1 mol de ácido sulfúrico, temos 98 g. Em 16 g de hélio, temos 8 mols. Em 684 g de sacarose, temos 2 mols.

Mas como fazer esta conversão? Melhorando a pergunta: qual a relação entre a massa e o mol? 

Está na tabela periódica! Pegue a sua. Procure, na legenda dela, a massa atômica. Achou? Então: esta massa atômica é também chamada massa molar, e seu significado é o seguinte: é a massa, em gramas,  que está contida em 1 mol (6,02X10²³ átomos) de dado elemento.

Por exemplo, cate a massa molar do oxigênio. É 16, correto? O que isto significa? Que em 1 mol de oxigênio (ou seja, 6,02 X 10²³ átomos de oxigênio), temos 16 gramas. Simples! Faça isto para outros elementos. Quantas gramas temos em 1 mol de cloro? 35,5 g!! Porque a massa molar do cloro é 35,5.

A unidade de massa molar é g/mol. Dizemos que a massa molar do oxigênio é 16 g/mol. A massa molar do cloro é 35,5 g/mol.

É muito fácil perder o significado das coisas conforme avançamos nos estudos. Isto não pode acontecer. Enquanto estiver aprendendo este assunto, não esqueça nunca o que significa a massa molar: é a massa, em gramas, que está contida em 1 mol (6,02X10²³ átomos) de dado elemento.

O mesmo vale para as substâncias (união de elementos). Para encontrarmos a massa molar de uma substância, basta somarmos as massas molares dos átomos que a compõem. No caso da água, por exemplo: são dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. Daí, sua massa molar será duas vezes a massa molar do hidrogênio (1X2) mais uma vez a do oxigênio (16). No total, 18 g/mol (lembra-se de que eu disse lá em cima que em 1 mol de água temos 18 g? É por isso.)

A massa molar da sacarose (C₁₂H₂₂O₁₁, esta molécula adora cair no vestibular) é 12 vezes a massa molar do carbono (12X12=144), mais 22 vezes a do hidrogênio (22X1=22) mais 11 vezes a do oxigênio (11X16=176). Ao total temos 342 g/mol.

Para aplicar tudo isto na prática, podemos usar a boa e velha regra de três, sempre útil. Caso não tenha intimidade com ela, use fórmulas. Por exemplo, para converter de massa para mol, ou vice-versa, use a fórmula n=m/MM, onde n é o número de mols, m é a massa em gramas, e MM é a massa molar, em g/mol. 

No entanto, lembre-se: fórmulas só devem ser usadas se você tem pleno entendimento conceitual do significado por trás delas! Você precisa entender o que quer dizer cada termo e em que situações você deve aplicá-las em seus cálculos. 

Finalmente, tendo tudo isto em mente, fica bem mais fácil entender e resolver questões mais complicadas de estequiometria que envolvam soluções e reações químicas. Procurem exercícios resolvidos (nos sites de vestibular das universidades sempre tem; p. ex. http://www.revista.vestibular.uerj.br/) sobre este assunto e vejam se vocês compreendem melhor agora. 

Em breve postarei uma rápida explicação de como se utilizam estes conceitos para resolver alguns problemas simples de estequiometria em reações químicas. Até!

Energia Química

E aí, pessoal! Neste texto eu quero introduzir a vocês o conceito de energia química, essencial para o entendimento da termoquímica.

A termoquímica é a parte da físico-química que se propõe a estudar as variações de energia associadas às reações químicas. Antes de entendermos o que isto realmente significa, precisamos esclarecer alguns conceitos básicos.

O primeiro, que vem da física, é a noção de que a energia pode se apresentar das mais diversas formas. Por isso recebe nomes especiais para cada situação. Alguns exemplos ilustrativos:

1) Energia cinética: é aquela que surge quando um corpo adquire velocidade. Imagine que você esteja parado e, de repente, comece a correr. Você gastará energia para isso, concorda? Ela será gasta na forma de energia cinética. Quanto maior a velocidade, maior a energia cinética.

2) Energia potencial: é aquela que fica armazenada, prestes a ser gasta a qualquer momento. Por exemplo, imaginemos que uma pessoa esteja a trinta metros de altura em um prédio. Apesar de não sentir, ela tem uma energia armazenada em seu corpo chamada energia potencial gravitacional, que surge quando elevamos nossa altura em relação a Terra. Esta energia está pronta para ser gasta a qualquer momento. E como fazer para gastá-la? Fácil: só se jogar pela janela!

Outro ponto importante: estas formas de energia nunca são criadas ou destruídas: sempre estão se transformando umas nas outras. É o princípio da conservação da energia.

Por exemplo, imagine que você queira subir uma escada. Para isso, o que precisa fazer? Deixar de preguiça, se mover e começar a subir os degraus. Ou seja: adquirir velocidade. Você vai estar utilizando energia cinética! E depois, quando você parar lá em cima não haverá mais velocidade. O que terá acontecido, a energia desapareceu? Não! Se transformou em energia potencial gravitacional! É a energia associada à sua altura. Ela fica lá, guardadinha, toda vez que você está em algum lugar alto. É difícil perceber sua existência pois você não a sente. Você só sente quando a usa para transformar em outro tipo de energia. Por exemplo, há um jeito fácil de se transformar esta energia potencial gravitacional novamente em cinética: bastaria se jogar da janela! Na queda, sua velocidade estaria aumentando e a altura diminuindo; seu corpo se encheria de energia cinética e se esvaziaria de energia potencial gravitacional. 

Pare um pouquinho e veja se entendeu. Se necessário, releia o parágrafo anterior.

Beleza. Agora, raciocine comigo: se a energia não pode surgir do nada, de onde veio a energia cinética que você usou para subir a escada?

Agora sim vamos entrar na química da parada. Ela veio dos alimentos. Por meio de processos bioquímicos, as nossas células transformam a energia - antes armazenada nos alimentos - em uma energia para ser guardada no nosso corpo, pronta para uso. Quando você decide subir a escada, seu cérebro envia um sinal às células, que utilizam esta energia armazenada a transformando em energia cinética. Aí você se move.

Mas você pode estar se perguntando: como esta energia fica guardada, tanto nos alimentos quanto no nosso corpo? Ela está na forma de energia química. Esta também é um tipo de energia potencial, que fica armazenada na forma de ligações químicas entre os átomos e está pronta para ser usada. E como fazer para liberar e utilizar esta energia? Modificando as ligações químicas.

E como modificamos as ligações? Realizando reações químicas. Portanto, quando uma reação acontece, há transformação entre tipos de energia. Neste caso, ocorre a transformação da energia química contida nos alimentos (na forma de ligações químicas) em energia térmica (calor). Ou o que você acha que são as calorias, medidas para cada alimento? Elas são a quantidade de energia na forma de calor liberada quando o alimento é queimado pelo organismo!

Quando comemos em excesso, não conseguimos aproveitar toda esta energia e o organismo tem de armazená-la, dentro de si, na forma química. Daí as gordurinhas: são compostos químicos que o organismo sintetiza com o objetivo de armazenar energia. Por isso "queimamos gordurinhas" quando corremos em uma esteira na academia. Neste processo, transformamos a energia potencial química (guardada nas ligações químicas dos alimentos) na energia cinética que surge quando corremos.

Agora vocês já conseguem ver por que a termoquímica é importante. Ela é essencial para verificarmos o quanto de energia podemos aproveitar de determinada substância em uma reação. Por exemplo, poderíamos nos perguntar quais reações químicas podem ser usadas a nosso favor para gerar energia em uma forma útil (se você pensou na combustão da gasolina ou em reações nucleares, parabéns). Outro fato que corrobora a relevância do tema: quando uma reação química libera muito calor, ela pode ser perigosa. É melhor saber de antemão o que vai acontecer antes de pô-la em prática.

Como vocês podem notar, as aplicações da termoquímica são as mais diversas!

Da leitura deste texto, vocês têm de sair com os seguintes conceitos bem entendidos:

1) a energia pode assumir diferentes formas e elas se transformam entre si (isso é importantíssimo em física e cai direto no ENEM);

2) energia cinética é a energia associada à velocidade;

3) energia potencial é a energia que fica armazenada (citei duas aqui no texto: a gravitacional, associada à altura; e a química, associada às ligações químicas entre os átomos). ;

4) não sentimos a energia potencial, mas podemos transformá-la em outro tipo de energia a qualquer momento;

5) a termoquímica estuda a transformação de energia química - armazenada nas ligações entre os átomos- em calor, e vice-versa. Isto acontece quando fazemos reações químicas.

Espero ter ajudado. Qualquer dúvida estamos aí. Até mais!

A Engenharia Química

Olá, galera!

Neste texto vou tentar esclarecer o grande mistério que há em torno da engenharia química. O que realmente se aprende? Com o que se trabalha depois de formado? Qual a diferença para o curso de química? 

Vamos começar definindo esta diferença. O curso de química estuda a estrutura, propriedades e transformações da matéria. A engenharia química tem como objetivo principal utilizar estes conhecimentos para obter produtos de interesse econômico e social industrialmente. 

Por isso, o engenheiro químico tem de, além de saber considerável quantidade de química, ter um conhecimento sólido em várias outras áreas. Precisa saber como funciona uma indústria, desde sua construção até a lógica econômica por trás de sua existência. Como transpor uma reação que um químico desenvolveu em laboratório (utilizando quantidades mínimas) para a escala industrial, onde são produzidas toneladas do produto desejado? Isto é complicado! E missão do engenheiro químico.

Mas não é só isso. Um engenheiro químico na verdade pode fazer muita coisa. Para uma melhor contextualização, vou explicar a estrutura do curso na UFRJ. E aí a compreensão fica mais fácil.

Nos quatro primeiros períodos (o ciclo básico) estudamos principalmente matérias de química, física e matemática. Ao total, são 17 disciplinas de química (dentre elas 5 em laboratório), 4 de física (2 em laboratório) e 7 de matemática. Destacam-se a Bioquímica, Química Orgânica, Termodinâmica Clássica, Química Quântica, Fenômenos de Superfície, Eletroquímica, Equilíbrio de Fases, Química Analítica, Cálculo Diferencial e Integral, Estatística, Álgebra Linear, Eletromagnetismo, etc.

                                        

Após estes dois anos, entramos no ciclo profissional, onde usa-se os conhecimentos adquiridos até aqui para de fato estudar a engenharia química. A situação se inverte. Enquanto no ciclo básico se estuda muita química, no ciclo profissional estuda-se as matérias de engenharia, que requerem um uso maior de física e matemática. Neste ponto talvez seja útil dar exemplos de algumas disciplinas importantes:

1) Mecânica dos Fluidos: estuda os efeitos das forças em fluidos (gases e líquidos). É uma disciplina muito importante e interessante, pois desta maneira podemos descrever o comportamento dos fluidos em várias situações nas quais talvez nos deparemos um dia. Por exemplo, é a mecânica dos fluidos que explica por que um avião voa. Em aplicações específicas da engenharia química, pode ser importante determinar qual a potência da bomba que teremos de utilizar para transportar petróleo através de um oleoduto; como se comporta a viscosidade de uma bebida produzida industrialmente; entre muitas outras situações de relevância.

2) Operações Unitárias I: descreve os sistemas particulados, ou seja, aqueles em que há partículas sólidas. Também aprendemos a projetar, analisar e operar equipamentos industriais que utilizam tais sistemas. A mecânica dos fluidos é importante aqui, pois para estudar estes equipamentos é necessário caracterizar a interação sólido-fluido que neles acontece! 

3) Modelagem e Dinâmica de Processos: aprendemos a representar matematicamente, através de modelos, os fenômenos físico-químicos que ocorrem nas indústrias e equipamentos (chamados processos), e prever qual o comportamento destes com o passar do tempo.

4) Controle e Instrumentação de Processos: na disciplina anterior, aprendemos como os processos comportam-se com o passar do tempo. Nesta disciplina, utilizamos estes conhecimentos para projetar malhas de controle que fazem com que os processos se comportem da maneira que queremos! Aprendemos também sobre os instrumentos industriais necessários para cumprir esta tarefa, tais como válvulas, medidores, controladores, etc.

5) Microbiologia Industrial: estudamos os microorganismos, já que eles tem uma grande importância em diversos processos que acontecem nas indústrias (os bioprocessos). Aqui aprendemos como se fabrica a cerveja, o vinho, antibióticos, etc. Uma parte da disciplina é em laboratório, onde manipulamos os microorganismos.

6) Segurança de Processos e Prevenção de Perdas: aqui estudamos o que pode dar errado na operação de um processo químico industrial e como fazer para prevenir estes acidentes. Vemos detalhes sobre incêndios, explosões, toxicologia, higiene industrial, gerenciamento de risco, etc.

7) Administração e Organização Industrial: qualquer bom engenheiro que se preze precisa saber administrar uma empresa ou indústria.

8) Ciências Sociais e Economia: não só de contas vive um engenheiro! Aqui estudamos um pouquinho de história e economia.

Há ainda muitas outras disciplinas interessantes, como Planejamento e Avaliação de Projetos, Transferência de Calor, Termodinâmica e Máquinas Térmicas, Gestão Tecnológica e Propriedade Industrial, Metodologia Científica, Engenharia do Meio Ambiente, Empreendedorismo, Desenho Técnico, Modelagem e Simulação Molecular, Processos Orgânicos, Ciência dos Materiais, Engenharia Bioquímica, Computação Científica, Corrosão, etc, etc.

                                 

O que mais gosto no curso é o amplo horizonte que ele nos proporciona. Pode-se fazer muita coisa sendo um engenheiro químico. Além de trabalhar na própria indústria criando, controlando e aprimorando os processos, pode-se, por exemplo, especializar-se na parte da química (o que em si já é muito amplo) e trabalhar no laboratório. Pode-se também focar na área de simulação, onde tiramos proveito de programas computacionais (ou criamos os nossos próprios) para simular, prever, estudar e controlar os processos. Há a parte do projeto e avaliação de equipamentos para as indústrias. Também a bioquímica, onde podemos nos especializar nas partes de genética, microbiologia, etc... Quem gosta de cálculos e programação pode se especializar na parte de cálculo de equilíbrio de fases para sistemas de interesse industrial (o pré-sal, por exemplo!) ou cálculo de propriedades termodinâmicas de compostos químicos. Quem gosta de estudar moléculas pode se voltar para a parte de modelagem molecular, onde utilizamos o computador para prever a estrutura de uma substância desconhecida, ou como ela se comporta quando misturada com outras. Na área de processos orgânicos, há uma grande demanda na parte de refino do petróleo (processo que transforma o petróleo em itens úteis, como gasolina e plásticos). A área de processos inorgânicos também é muito ampla; temos como exemplo a produção de fertilizantes agrícolas. Pode-se especializar ainda na parte de gestão, onde os protagonistas são temas relacionados à administração, como contabilidade, estratégia empresarial, marketing, fluxo de caixa, balanço patrimonial, etc. Como pode-se notar, é um mundo. Um horizonte considerado por muitos mais amplo do que de um engenheiro civil ou mecânico, por exemplo!

                                             

Alguns podem dizer que o curso é demasiado difícil. De fato, muitas disciplinas requerem dedicação, mas é como tudo na vida: quanto gostamos de algo e temos um objetivo em mente, tudo se torna prazeroso e satisfatório. E não escute aqueles que dizem que os futuros engenheiros só fazem estudar e não tem vida social. Isto não é verdade.

Espero ter esclarecido a visão daqueles que estavam pensando em prestar vestibular para a área mas tinham aquele receio natural de estar pisando em terreno desconhecido. Qualquer dúvida é só me contatar. Até!!