DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA - 2º ANO DO ENSINO MÉDIO

Com poucas exceções, os volumes de todos os corpos aumentam quando a temperatura cresce, se a pressão externa sobre o corpo permanecer constante.

A variação do volume de um determinado corpo se da pela equação: ΔV = V₀γΔT

Sendo que temos que a variação de volume de um corpo (ΔV) é igual ao volume inicial (V₀) multiplicado pelo coeficiente de dilatação volumétrica (γ), que por sua vez é multiplicado pela variação de temperatura sofrida pelo corpo.

O coeficiente de dilatação volumétrica é frequentemente calculado por meio da relação empírica entre a densidade e a temperatura a pressão constante. Quando não se pode usar este método, emprega-se métodos óticos envolvendo interferência de luz.

Pela equação: ΔV = V₀γΔT, nota-se que o coeficiente de dilatação volumétrica não depende da pressão, e depende acentuadamente da variação de temperatura sofrida pelo corpo.

Pela figura abaixo  podemos observar uma expansão volumétrica.

Note que se houver um buraco no corpo sólido, o volume do buraco aumentará quando o corpo dilatar, como se o buraco fosse um sólido do mesmo material do corpo. Esse resultado é verdadeiro mesmo quando o buraco fica tão grande que o corpo envolvente reduz-se a uma camada fina.

Relações entre dilatações

Como uma dilatação linear é feita basicamente em uma dimensão ( de crescimento), uma superficial em duas dimensões e uma volumétrica em três, podemos concluir uma relação entre seus coeficientes de dilatação.

NOVOS CONTEÚDOS DE QUÍMICA - 1º, 2º e 3º anos do Ensino Médio

DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA - DIAGRAMA DE PAULING - 1º ANO DO ENSINO MÉDIO

Um problema para os químicos era construir uma teoria consistente que explicasse como os elétrons se distribuíam ao redor dos átomos, dando-lhes as características de reação observadas em nível macroscópico.

Foi o cientista americano Linus C. Pauling quem apresentou a teoria até o momento mais aceita para a distribuição eletrônica.

Sobre Pauling, é sempre interessante citar que ele foi duas vezes laureado com o Prêmio Nobel. O de química em 1954, por suas descobertas sobre as ligações atômicas, e o da Paz em 1962, por sua militância contra as armas nucleares.

Para entender a proposta de Pauling, é preciso primeiro dar uma olhadinha no conceito de camadas eletrônicas, o princípio que rege a distribuição dos elétrons em torno do átomo em sete camadas, identificadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q.

Uma característica destas camadas é que cada uma delas possui um número máximo de elétrons que podem comportar:

K = 2, L = 8, M = 18, N = 32, O = 32, P = 18, Q = 8

Pauling apresentou esta distribuição dividida em níveis e subníveis de energia, em que os níveis são as camadas e os subníveis divisões destes (representados pelas letras s, p, d, f), possuindo cada um destes subníveis também um número máximo de elétrons.

s = 2, p = 6, d = 10, f= 14

A distribuição eletrônica, conforme Pauling, não era apenas uma ocupação pelos elétrons dos espaços vazios nas camadas da eletrosfera.

Os elétrons se distribuem segundo o nível de energia de cada subnível, numa seqüência crescente em que ocupam primeiro os subníveis de menor energia e, por último, os de maior.
É esta a tradução do diagrama de energia de Pauling, que define esta ordem energética crescente que é também a seqüência de distribuição dos elétrons:

Na figura, as setas indicam a ordem crescente dos níveis de energia: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f¹⁴ 6d¹⁰

Note que como a energia de 4s² é menor, esta posição vem antes de 3d¹⁰.
Assim, seguindo o diagrama de Pauling, podemos montar a distribuição eletrônica de qualquer elemento químico, como por exemplo:

Algumas edições da Tabela Periódica informam também a distribuição eletrônica dos elementos químicos, o que facilita muito o trabalho de quem precisa operar estes dados.

Mas, independentemente disto, é muito importante conhecer os mecanismos que regem esta distribuição, e particularmente o conceito de níveis e subníveis de energia, ponto de partida para estudos mais avançados como os princípios da mecânica quântica.

FRAÇÃO MOLAR DO SOLUTO E SOLVENTE  - 2º ANO DO ENSINO MÉDIO

Fração Molar (é um número puro, isto é, não tem unidade).

A fração molar de uma solução pode ser expressa de duas maneiras:

- Fração molar do soluto. - Fração molar do solvente.

A fração molar do soluto (X₁) é a relação entre o número de moles do soluto (n₁) e o número de moles da solução (n₁+ n₂).

A fração molar do solvente(X₂) é a relação entre o número de moles do solvente (n₂) e o número de moles da solução (n₁+ n₂). Sendo:

F₁ = fração molar do soluto  

F₂ = fração molar do solvente             

n₁ = número de moles do soluto.            

n₂ = número de moles do solvente.        

n = número de moles da solução ( n₁ + n₂ ).

NOMENCLATURA DOS ALCINOS   - 3º ANO DO ENSINO MÉDIO

Nomenclatura dos alcinos

Os alcinos são hidrocarbonetos insaturados com uma ou mais ligações triplas carbono – carbono (C º C). O alcino mais simples, o etino, tem a fórmula molecular C2H2 e fórmula racional CH º CH, segue-se o propino (C3H4), o butino (C4H6), ...

A fórmula geral dos alcinos que só contêm uma ligação tripla por molécula é: CnH2n-2, em que n é um número inteiro ³ 2.

As regras de nomenclatura são idênticas às apresentadas para os alcanos e alcenos, com a particularidade da cadeia escolhida para principal ter de conter as ligações triplas.

1ª O nome é formado pelo prefixo indicativo do número de átomos de carbono da cadeia principal, acrescido da terminação ino.

2ª Os átomos de carbono são numerados sequencialmente, começando essa numeração pela extremidade mais próxima da(s) ligação(ões) tripla(s). A posição do primeiro átomo da ligação tripla é colocada imediatamente antes do nome do alcino e separada dele por um hífen.

3ª Se houver mais do que uma ligação tripla na cadeia carbonada as suas posições são indicadas pelos respectivos números, separados por vírgulas. O nome do hidrocarboneto deverá ainda indicar se se trata de um diino, caso existam duas triplas ligações, de um triino, se existirem três triplas ligações, ou outro.

Nota:

Para os hidrocarbonetos insaturados em que existam ligações duplas e triplas na mesma cadeia carbonada, a numeração dos átomos de carbono é comandada pela ligação dupla, que toma prioridade.

ALCENOS - 3º ANO DO ENSINO MÉDIO - QUÍMICA

Também chamados de hidrocarbonetos etilênicos ou olefinas, os alcenos são compostos constituídos exclusivamente por carbono e hidrogênio e possuem fórmula geral C_nH_2n, cujo primeiro membro é o eteno  (C₂H₄).

Alcenos são hidrocarbonetos de cadeia carbônica acíclica (alifática), insaturados com um única dupla ligação e homogêneo.

H₂C = CH₂  - eteno ou etileno

Os alcenos se apresentam na natureza da seguinte forma: os de cadeia normal de dois a quatros carbonos são gases, de cinco a dezesseis carbonos são líquidos e de dezessete carbonos em diante são sólidos, na temperatura ambiente.

Ao contrário dos alcanos, os alcenos são muito raros na natureza. Os gasosos constituem pequena quantidade dos gases naturais e do petróleo, como é o caso do eteno que é extraído do cracking de petróleo. Muitos alcenos então, são preparados em laboratórios.

Nomenclatura dos alcenos

Prefixos:

1 C – met

2 C – et

3 C – prop

4 C – but

5 C – pent

6 C – hex

7 C – hept

8 C – oct

9 C – non

10 C – Dec

Intermediário: an

Sufixo: o

Exemplo:

Fonte: Feltre e Mundo da Educação

MOLARIDADE OU CONCENTRAÇÃO EM MOL/L - 2º ANO DO ENSINO MÉDIO - QUÍMICA

A molaridade ou concentração em quantidade de matéria (mol/L), é a relação entre a quantidade de matéria do soluto (n₁) e o volume da solução em litros (V).

Consideremos o suco gástrico que nosso estômago produz, com a finalidade de realizar o processo de digestão. Na realidade, trata-se de uma solução de ácido clorídrico (HCl) em uma concentração de 0,01 mol/L. Isso significa que para cada HCl.

A concentração em quantidade de matéria é muitas vezes chamada por alguns autores de concentração molar ou molaridade, porém os termos corretos são “concentração em mol/L” ou “concentração em quantidade de matéria”. Além disso, essa concentração é a mais recomendada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI) e pela União Internacional de Química Aplicada (IUPAC), portanto, ela é a mais usada em laboratórios e indústrias químicas.

A fórmula matemática usada para calcular essa concentração é dada por:

Porém, em muitos casos não é fornecido o valor da quantidade de matéria do soluto, mas sim a sua massa, expressa em gramas (m₁). Nesses casos, temos que a quantidade de matéria do soluto em mols (n₁) pode ser conseguida pela divisão da massa do soluto pela massa molar do próprio soluto, conforme a fórmula abaixo:

Substituindo n₁ na equação, temos:

Considere o seguinte exemplo abaixo para visualizar como é feito esse cálculo:

“Uma solução aquosa com 100 mL de volume contém 20g de NaCl. Como proceder para expressar a concentração dessa solução em quantidade de matéria por volume?”

RESOLUÇÃO

A fórmula utilizada é a mesma acima, porém o volume não está em litros. Assim, devemos fazer a seguinte conversão de unidades:

1 L ---------- 1000 mL

V    ----------  100 mL

V = 0,1 L

Também é necessário descobrir o valor da massa molar do sal NaCl. Para tal, é preciso saber os valores das massa atômicas de ambos os elementos e realizar o cálculo da massa molar:

M (NaCl) = 1 . 23 + 1 . 35,46

M (NaCl) = 58,46 g/mol

Agora sim podemos substituir todos os valores na fórmula e descobrir o valor da concentração em mol/L:

Fonte: Feltre e Brasil Escola

ÍONS - CÁTIONS E ÂNIOS - 1º ANO DO ENSINO MÉDIO - QUÍMICA

Para um átomo ser eletricamente neutro ele precisa ter a mesma quantidade de prótons e elétrons, mas como nem sempre isso ocorre, surge então os compostos denominados de íons. Íons são átomos que perderam ou ganharam elétrons em razão de reações, eles se classificam em ânions e cátions:

ÂNIONS: átomo que recebe elétrons e fica carregado negativamente. Exemplos: N^3-, Cl^-, F^1-, O^2-.

CÁTIONS: átomo que perde elétrons e adquire carga positiva. Exemplos: Al³⁺, Na⁺, Mg²⁺, Pb⁴⁺.

Quando ocorrem ligações entre íons positivos e negativos denominamos de Ligações Iônicas. Um exemplo prático de ligação iônica é que ocorre na formação de Cloreto de sódio, o nosso sal de cozinha cuja fórmula é NaCl, veja a reação:

Na⁺  +  Cl^-  → NaCl

Só para relembrar:

Ânios – íons negativos

Cátions – íons positivos

Exemplos:

₁₅P^3- →  Este átomo possui 15 prótons e 18 elétrons (recebeu 3 elétrons)

₁₂Mg²⁺ → Este átomo possui 12 prótons e 10 elétrons (perdeu 2 elétrons)

A espécie química Mg²⁺ é chamada cátions bivalente ou íon bivalente positivo. Outro exemplo deste tipo de nomenclatura é o F^-, denominado de ânion monovalente ou íon monovalente negativo.

Fonte: Feltre e Brasil Escola

CAMPO ELÉTRICO - 3º ANO DO ENSINO MÉDIO - FÍSICA

Assim como a Terra tem um campo gravitacional, uma carga Q também tem um campo que pode influenciar as cargas de prova q nele colocadas. E usando esta analogia, podemos encontrar:

Desta forma, assim como para a intensidade do campo gravitacional, a intensidade do campo elétrico (E) é definido como o quociente entre as forças de interação das cargas geradora do campo (Q) e de prova (q) e a própria carga de prova (q), ou seja:

Chama-se Campo Elétrico o campo estabelecido em todos os pontos do espaço sob a influência de uma carga geradora de intensidade Q, de forma que qualquer carga de prova de intensidade q fica sujeita a uma força de interação (atração ou repulsão) exercida por Q.

Já uma carga de prova, para os fins que nos interessam, é definida como um corpo puntual de carga elétrica conhecida, utilizado para detectar a existência de um campo elétrico, também possibilitando o cálculo de sua intensidade.

Vetor Campo Elétrico

Voltando à analogia com o campo gravitacional da Terra, o campo elétrico é definido como um vetor com mesma direção do vetor da força de interação entre a carga geradora Q e a carga de prova q e com mesmo sentido se q>0 e sentido oposto se q<0.  Ou seja:

A unidade adotada pelo SI para o campo elétrico é o N/C (Newton por coulomb).

Interpretando esta unidade podemos concluir que o campo elétrico descreve o valor da força elétrica que atua por unidade de carga, para as cargas colocadas no seu espaço de atuação.

O campo elétrico pode ter pelo menos quatro orientações diferentes de seu vetor devido aos sinais de interação entre as cargas, quando o campo é gerado por apenas uma carga, estes são:

Quando a carga de prova tem sinal negativo (q<0), os vetores força e campo elétrico têm mesma direção, mas sentidos opostos, e quando a carga de prova tem sinal positivo (q>0), ambos os vetores têm mesma direção e sentido

Já quando a carga geradora do campo tem sinal positivo (Q>0), o vetor campo elétrico tem sentido de afastamento das cargas e quando tem sinal negativo (Q<0), tem sentido de aproximação, sendo que isto não varia com a mudança do sinal das cargas de provas.

 Fonte: Os Fundamentos da Física

DILATAÇÃO TÉRMICA SUPERFICIAL - 2º ANO DO ENSINO MÉDIO - FÍSICA

Os corpos, quando submetidos à variação de temperatura, têm as suas dimensões alteradas, essa variação é chamada de dilatação térmica.

A dilatação supercial é aquela na qual ocorre variação na área do corpo.

Considere a placa metálica descrita na gravura abaixo:

Inicialmente, a temperatura inicial é t_i a placa tem área inicial S_i. Após ser aquecida por uma fonte de calor, a sua área ganha novas dimensões, ou seja, ela se expande em razão do aumento no grau de agitação das moléculas que a compõem. Agora com temperatura final t_f a placa metálica passa a ter área final S_f. A variação de área sofrida pela placa pode ser determinada da seguinte forma:

∆S = S_f - S_i

Experimentalmente podemos mostrar que a variação da área sofrida pela placa é proporcional à variação da temperatura sofrida pela mesma, matematicamente temos a seguinte realação que determina a dilatação superficial:

∆S = S_i β ∆t

Onde β é chamado de coeficiente de dilatação térmica supercial do material que constitui a placa, ele é igual a duas vezes o valor do coeficiente de dilatação térmica linear (α), veja: β = 2α.

Fonte: Os fundamentos da Física

GRÁFICOS DO MOVIMENTO UNIFORME - 1º ANO DO ENSINO MÉDIO - FÍSICA

Diagrama s x t

Existem diversas maneiras de se representar o deslocamento em função do tempo. Uma delas é por meio de gráficos, chamados diagramas deslocamento versus tempo (s x t). No exemplo a seguir, temos um diagrama que mostra um movimento retrógrado:

Analisando o gráfico, é possível extrair dados que deverão ajudar na resolução dos problemas:

Sabemos então que a posição inicial será a posição Si = 10m quando o tempo for igual a 2 s. Também sabemos que a posição final Sf = 16m se dará quando t=4s.

Saiba mais:
A velocidade será numericamente igual à tangente do ângulo formado em relação à reta onde está situada, desde que a trajetória seja retilínea uniforme.

Diagrama v x t

Em um movimento uniforme, a velocidade se mantém igual no decorrer do tempo. Portanto seu gráfico é expresso por uma reta:

Dado este diagrama, uma forma de determinar o deslocamento do móvel é calcular a área sob a reta compreendida no intervalo de tempo considerado.

Fonte: Os fundamentos da Física