Agora que você já sabe o que é um sistema e o que é uma matéria, vamos falar mais sobre os componentes de um sistema material? Um sistema material é composto por elementos químicos, que podem formar uma substância química pura ou uma mistura. Vamos estudar o que caracteriza cada um deles:
► Substância pura: formada pelas mesmas moléculas; possui constantes físicas – como ponto de fusão e de ebulição – bem definidas. Pode ser de dois tipos:
► Simples: formada por átomos de um mesmo elemento químico.
Exemplos: gás H2, barra de Fe, gás He.
Tipos de substâncias simples (caracterizadas pela atomicidade): monoatômico (Ne, He, Fe), diatômico (H2, O2) e triatômico (O3).
Alotropia
É a propriedade que alguns elementos químicos têm de formar mais de uma substância química.
► Oxigênio: 2 formas alotrópicas
Gás oxigênio (O2): mais estável; incolor; inodoro; possui paramagnetismo.
Gás ozônio (O3): azulado; cheiro desagradável; não possui paramagnetismo.
► Carbono: 3 formas alotrópicas
Grafite (Cn): forma mais estável; formado por hexágonos, geometria trigonal;
Diamante (Cn): segunda forma mais estável; geometria tetraédrica;
Fulereno ou buckminsterfullerene (C60 ou C70): terceira forma mais estável; constituído por pentágonos e hexágonos que formam uma “esfera”.
► Enxofre: mais de 30 formas alotrópicas, mas há 2 principais
Rômbico: mais estável; aquecido a certa pressão, transforma-se em monocíclico.
Monoclínico (β): menos estável que o enxofre rômbico; possui forma de agulhas finas e opacas.
► Fósforo: 3 formas alotrópicas
Vermelho (Pn): mais estável; amorfo;
Branco (P4): cristalino; mais reativo;
Negro: obtido por meio do aquecimento do fósforo branco. promissor para futuras aplicações eletrônicas!
► Composta: formada por mais de um elemento químico.
Exemplos: água (H2O); ácido clorídrico (HCl).
Tipos de substâncias compostas (pelo número de elementos): binária (NaCl), ternária (H2SO4) e quaternária (NaHCO3).
► Mistura: formada por substâncias diferentes; não possui constantes físicas bem definidas. Por exemplo: se tivermos uma solução salina, teremos uma mistura, pois teremos as moléculas de H2O e de NaCl (sal de cozinha). As misturas podem ser de dois tipos:
HOMOGÊNEA: apenas uma fase.
Exemplos: solução salina; mistura água e álcool; toda mistura gasosa (ex: ar atmosférico); ligas metálicas.
Ligas Metálicas
O que são?
Fusão de dois ou mais metais ou de um metal com uma outra substância simples.
Exemplos das ligas mais comuns:
Aço (Fe + C)
Latão (Cu + Zn)
Bronze (Cu + Sn)
Lembre-se: toda solução é uma mistura homogênea.
HETEROGÊNEA: duas ou mais fases.
Exemplos: mistura água e óleo; mistura água e areia.
► Mistura Eutética: Temperatura de Fusão (TF) constante, Temperatura de Ebulição (TE) variável.
Exemplo: solda (30% Pb + 70% Sn). O Pb tem temperatura de fusão de 327,5º C e o Sn tem temperatura de fusão de 231,9º C, mas a temperatura de fusão na solda é de 183º C. A temperatura de ebulição é variável.
► Mistura Azeotrópica: TF variável, TE constante
Exemplo: mistura de 4% água + 96% álcool etílico. A água tem temperatura de ebulição de 100º C e o álcool etílico tem temperatura de ebulição de 78,4º C, mas a temperatura de ebulição dessa mistura é de 78,2º C. A temperatura de fusão é variável.
Atenção! Uma mistura eutética ou azeotrópica vai ter uma temperatura constante de fusão (TF) e de ebulição (TE), respectivamente, porém não é uma substância pura, mas uma mistura. Deve-se sempre analisar o ponto de fusão e o ponto de ebulição!
Botando em Prática
Vamos estudar alguns exemplos de sistemas materiais para perceber direitinho a diferença entre substância química e mistura:
► GLP (Gás liquefeito de petróleo/ gás de cozinha): mistura homogênea (propano + butano).
► Ar atmosférico: mistura homogênea (O2, N2, CO2, Ne, He, entre outros).
► Açúcar comum: substância química composta (sacarose).
► Gasolina: mistura homogênea (hidrocarbonetos).
► Recipiente com água líquida e gelo: mistura heterogênea.
► Sal de cozinha: mistura (NaCl + I) –> Iodo foi acrescentado ao nosso sal para prevenir o bócio!