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Guias e Dicas
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Peter Atkins, Loretta Jones-Princípios de Química- Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente-Bookman (2012), Notas de aula de Engenharia Elétrica

QUIMICA GERAL

Tipologia: Notas de aula

2017
Em oferta
30 Pontos
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Compartilhado em 08/09/2017

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Baixe Peter Atkins, Loretta Jones-Princípios de Química- Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente-Bookman (2012) e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity!

ATKINS & JON NES PRINCÍPIOS 8 DIE Ô, U Í Mi QUESTIONANDO A VIDA MODERNA & E O MEIO AMBIENTE 5º edição AS74p Atkins, Peter. Princípios de química [recurso eletrônico] : questionando a vida moderna e o meio ambiente / Peter Atkins, Loretta Jones ; tradução técnica: Ricardo Bicca de Alencastro. — 5. ed, — Dados eletrônicos, — Porto Alegre : Bookman, 2012. Editado também como livro impresso em 2012, ISBN 978-85-407-0054-3 1. Química, 1. Jones, Lorerra. [3. Título. CDU 54 Catalogação na publicação: Ana Paula M, Magnus = CRB 10/2052 Obra originalmente publicada sob o título Chemical Principles, Sh Edition ISBN 9781429219556 First published in the United States by W.H. Freeman and Company, New York. Copyrighr(2010) by W.H. Freeman and Company. AU rights reserved. Capa: VS Digital - arte sobre capa original Foto da capa: Wise Research Group (hitp://people.comecomelledu/-fwise/) Imagem da capa Estes sólidos coloridos contêm nanocristais de CdSe chamados de “pontos quânticos” (quantum dors). Dispersos em uma matriz polimérica, as cores diferentes aparecem quando os pontos quânticos são excitados com luz ultravioleta. Os pontos quânticos têm aplicações importantes em nanotecnologia, pois podem ser usados para formar imagens de células vivas, funcionar como células fotovoltaicas em miniatura e como componentes de computadores quânticos. Os pontos quânticos sólidos aqui mostrados foram preparados por Evident Technologies para o Wise Research Group. Leitura final: Sandro Andretta, Carla Sanceverino e Samanta Spindler Editora sênior: Denise Weber Nowaczyk Editora: Verúnica de Abreu Amaral Projeto e editoração: Techbooks Reservados todos os direitos de publicação, em lingua portuguesa, à ARTMED" EDITORA S.A, (BOOKMAN* COMPANHIA EDITORA & uma divisão da ARTMED” EDITORAS. A.) Av. Jerônimo de Ormelas, 670 - Santana 90040-340 - Porto Alegre - R$ Fone: (51) 3027-7000 Fax: (51) 3027-7070 É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no todo ou em parte, sob quaisquer formas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecânico, gravação, fotocópia, distribuição na Web + outros), sem permissão expressa da Editora. Unidade São Paulo Av, Embaixador Macedo Soares, 10.735 = Pavilhão 5 = Cond. Espace Center Vila Anastácio — 05095-035 — São Paulo — SP Fone: (11) 3665-1100 Fax: (11) 3667-1333 SAC 0800 703-3444 - www. grupoa com.br IMPRESSO NA CHINA PRINTED IN CHINA CARTA DOS AUTORES Caros Colegas, É com grande prazer que oferecemos a quinta edição de Princípios de Química: Ques- tionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. A nova edição foi concebida, como suas pre- decessoras, de modo a encorajar estudantes a pensar e a desenvolver uma compreensão sóli- da da química a partir de conceitos qualitativos em seguida expressos de forma quantitativa. Como os estudantes universitários esquecem com frequência uma boa parte da química que aprenderam no ensino médio, o livro começa com a seção Fundamentos, que revê ideias básicas da química, como nomenclatura, concentração e estequiometria, À parte principal do livro começa pela descrição da estrutura do átomo e mostra como as propriedades atômicas determinam os tipos de ligação que os átomos formam e como as propriedades de moléculas e íons contribuem para a estrutura, as reações e as propriedades da matéria. Atualizamos boa parte do conteúdo e do formato da Tabela Periódica. Inserimos um novo capítulo sobre materiais posterior ao capítulo que trata do estado sólido, Esse capí- tulo revê os cinco primeiros capítulos e mostra aos estudantes a química que serve de base ao empolgante campo da nanotecnologia. Nesse capítulo, os estudantes veem, também, como os princípios químicos que estão aprendendo, mesmo no estágio inicial de seu curso, são utilizados na pesquisa moderna e em aplicações, como materiais cerâmicos e magnéti- cos, e componentes eletrônicos. Em capítulos posteriores, tratamos de outras propriedades dos materias seguindo o desenvolvimento de novos conceitos. Melhoramos nossa apresentação dos exercícios resolvidos de modo a ajudar os estu- dantes a desenvolver à capacidade de resolução de problemas que os especialistas usam. Em outras palavras, queremos que eles aprendam a resolver problemas como os químicos o fazem. Em consequência, os exercícios resolvidos começam, quando apropriado, com uma seção Antecipe, que encoraja os estudantes a imaginar o tipo de resposta a esperar e a de- senvolver seus poderes de predição e julgamento. Depois, apresentamos uma seção Planeje, que estimula os leitores a recapitular seus pensamentos e a estabelecer um modo de atacar o problema. Após a seção Resolva, incentivamos a reflexão sobre sua antecipação original em uma breve seção Avalie. Além disso, incentivamos, em alguns cálculos, os estudantes a organizar seus pensamentos ao perguntar O que temos de levar em conta? Quase todos os exemplos resolvidos são acompanhados por uma descrição gráfica concisa de cada etapa, introduzida na quarta edição como uma maneira inteiramente nova de ajudar os estudantes a ligar os diferentes níveis de uma descrição química. Essas descrições foram melhor desen- volvidas nesta edição. Esperamos que você goste da localização dos Pontos para pensar espalhados pelo tex- to, projetados para encorajar e enfatizar nossa estratégia de ensino: levar os alunos a pensar enquanto aprendem. Geramos, também, uma nova distribuição gráfica em grande parte do livro que poderá realçar a experiência do aprendizado pela melhor penetração no mundo molecular Agradecemos muito o retorno € o apoio que recebemos dos que usaram as quatro edi- qões precedentes. Às sugestões dos leitores ajudaram a refinar este livro e a torná-lo mais interessante e útil. Esperamos que encontrem neste livro uma introdução dinâmica capaz de estimular a curiosidade sobre a química. Atenciosamente, E Ae ta Kiucta Dprcm Peter Atkins Loretta Jones vii Prefácio Uso da bei comisiniada dos gasrs quando uma variávr! ve alirra em a qu a mcg fina qua a pum. Sepeaha que é commpatmho 4 mestiimeca Calcula 4 jevmho de as compunha má hosmha, ma perda inca) 1,00 gira Ancipe Ch mula er aa pus im fatõe e 5, go ponte mp um clamar cinto FLASESE Siga a negando queuindicaeao da Caras de Frrramecaas d 1. Semezar à preados ereta oqaaom. jogo ga qu ms rr ny Cama pe 4 sd de, Adi A prada Ea, cotas popu 4 rec qu cm fa e ja ima 1 Fanta 3 Tina atra do is arca de sacos [9.9 mL et 100 Tas e expande eramos po nc a nl (1,256 1. CQç4l é 4 prvnção fa do pla tos tudo Menta 10,3 Bei she 6/84 Lia aamea de ae seco cido de ae ce e te de co 1,10 o comprimida mon remi ame a A am ne ço de em ps at a ole Es! amecera? Ênfase na resolução de problemas * NOVO! Antecipe/Plancje/Resolva/Avalie. Esta maneira de abordar os problemas encoraja os estudantes a antecipar ou predizer qual seria a resposta de um problema e a mapear a solução antes de tentar resol- vê-lo, Após a resolução, a antecipação original é avaliada. O gráfico que acompanha o texto dá oportunidade para a visualização e interpre- tação de cada etapa da solução e do resultado final. * Pares de Testes ocorrem em todo o livro. Eles permitem que os alunos restem sua compreensão do estudo desenvolvido na seção precedente ou nos exemplos. À resposta do primeiro é dada imediatamente, e a do outro, no fim do livro. » NOVO! Ponios para Pensar encorajam os estudantes a especular so- bre as implicações do que estão aprendendo e como transferir seu co- nhecimento para novas situações. A ep eta dm ra a dee, em cpm de oras ideia Pee ruemçõo, cx» um cmemplrno crvraddraco oe vox ncia t aporcam mas davearmem para na guns do gut cm eme e Em cu id, em o geo sera, om ado nb energia elos do que co ceia e Ch LR29 (O) dendodcamento de campo pesa é am qu T ima serto. é peralmeae meme a us me compácaom po, rem oras oiço ces ec lg a as pepei Pe para ponner Em apar grequia vacila que ma cefetaia d rea iradibracim cm cm semp quadrado planas! As Caixas de Ferramentas mostram como tra- tar os principais tipos de cálculo e como ligar os conceitos à solução de problemas. Elas foram con- cebidas como suporte para o aprendizado e como um resumo acessível de técnicas importantes. Cada Caixa de Ferramentas precede imediatamente um exemplo a ela relacionado: Com mar a ei da tim i Elagas 3 Seciaçãone us dom prinócara da araçho ira! 4 warn BASE CONCEITUAL Carma + entalpía é sea Reno da esmndo, 4 variação e se taípia dem almas depor samezar des imticia mass! € Ensi Poetas, pobres a ração e esta clio me esmiadoa om eia atapãa. À raias da menção é 4 mena aca bem cama FROCEnOENTO Para amar a lie Hiro. percimamem de uma iespubnica de reações que. alicante, ruim da eqcação dr dcegorum Lim procodment maia titrenática poa mer ári quando a pr Fuja | Semci nte dis renguries di reações dual e race va tema equação quimca em ur cla também apareça coma reagente. Pode oe conti Dmsauai, mm cha etapa a equação sos =obegieia por am faze de maiegóearmea 1a cortemems eteeatansêtenam pos ut be, sistem do cmi a cada! ra do ração pe ses ca, Fate pscidtmeçto ei Rm ds Então 7% Química essencial para todos os estudantes De interesse especial para estudantes de Engenharia: » Cristais líquidos (Seção 5.15) » Coloides (Seção 9:21) » Aplicações da eletrólise (Seção 13.13) = Combustíveis (Seção 18.9 e Quadro 7.2) * Polimerização e polímeros (Seções 19.9-19,12) » Corrosão (Seção 13.14) » Células a combustível (Quadro 13.1 Fronteiras da Qui- mica) = Caralisadores industriais (Seção 14.15) * Materiais auto-organizados (Quadro 15.2) * Todo o Capítulo 6, Materiais Inorgânicos De interesse especial para estudantes de Biologia: « Fármacos obtidos por projeto e descoberta (Quadro 3.1) * Variações de energia livre de Gibbs em sistemas bioló- gicos (Seção 8.16) » Coloides (Seção 9.21) » Materiais bioderivados e biomiméricos (Seção 9.22) * Homeostase (Seção 10.13) » Tampões fisiológicos (Quadro 12.1) * Catalisadores vivos: enzimas (Seção 14.16) » Por que precisamos ingerir metais d? (Quadro 16.1) * Medicina nuclear (Quadro 17.1) + Efeitos biológicos da radiação (Seção 17.6) « Proteínas (Seção 19.13) « Carboidratos (Seção 19.14) » Ácidos nucleicos (Seção 19.15) Prefácio ix De interesse especial para estudantes de Ciências Ambientais: « A química verde promove a química amigável para o am- biente. As passagens referentes à Química verde no texto € os exercícios de fim de capítulo correspondentes estão marcados por um icone. * Combustíveis alternativos (Quadro 7.2) + Chuva ácida e o poço genético (Quadro 11.1) e Proteção da camada de ozônio (Quadro 14.3) * O efeiro estufa (Quadro 15.1 O que isso tem a ver com... o dei fara de, Cide peida praia no e faro qrsriai ala frase mc dm | Fe dt) Uma armadara fraud e beer des dedão usado cen de Seas de pule log, imbados ra ma «o roça mo pos voir a Sora imrrmdeacarm mes fr Esta armador É cre de À) une mu eeitene ds u &aga, mas É tão pro ema gu fu em as Ea iai o ve, logo É de o esfarcâmi [19.18 podem ne ambiente?) * Carvão (Seção 18.10) * NOVO! Capítulo 6, Materiais Inorgânicos. | 44 Cerâmicas Este novo capítulo revê os primeiros cinco capítulos e apresenta as bases químicas do instigante novo campo da nanotecnologia. Neste capítulo, os estudantes também veem como os princípios químicos que estão aprendendo se aplicam à pesquisa de ponta e a aplicações, como materiais cerâmicos e magnéticos e componentes eletrônicos. MATERIAL COMPLEMENTAR Ilustrações e exercícios selecionados ao longo do livro são acompanhados por icones que indi- cam recursos online. Esses recursos, disponíveis no site www.grupoa.com.br/atkinsprincipiosdequimicaSed, foram projetados para tornar o texto mais dinâmico e interativo. Princípios de Química contém recursos de mídia na forma de: Mguteça ati Tibia Dedo DEC DCCING A Ida AP ÇÍDA ad Deferido dO tm aeial caracaes je de ema das ma seres etomiiapae 4 popa coceu À pe pare dear ts comeco eba árida de aci, ahumizao Enána, cando copa pracipiimente pin, ut alum de aluno qe pede ss cao e ta era val een fo das impurçaa da decr que de que masnçom ceras acao leo, ed branca fe ga eee, combos Gi de feto que o e Ja as as de A aparência Ge um fico de ampla reileme sus esriurara amena. gue Lembra suma polia de- mereço dr ppa (Tg 6.25) Fem che remictaõrs prnrmciricas ce aces mea pmdadro cus calças da side de alumamas cu magrinO aber cepgraido pele camadas da mecubcilos de dum oe ligas ae cama de Bana Cia fo de a é eudendo pes ma cado pla de im q ear ou faço por epa das carga da cum poe qu enem Eco derrama A trad eat qe a Mc dese a sobe o dead ala alema fl em conpemis à perado (ums reesigundo, se arg las pejrom ar Lacimmeme omesiiadm Ehesscdo a aepila é cocida em sem fucos, ela pede água, e ligações gaimacas muúmo foros ue cadeiecem usem ca focou paca daracar no mestra! cloro a renbeenpr quer elureremen de mis 1 IAMOS e Et MN 4 perus Grandes qotmeidados da com, gue é medo para fabricas cerdmicas tema 44 pescelamgs e istção, als selsntos tes rerrarimenao de pa pé Jecemoo desta pg! para conérra soma sopurficie ima e nho abecuçeas. A uol fio Feumesa tomados trimaformaia cm coma corimeca, = matr! cemgimen que du matoro sd po spo çommarm teremos cleradm Aos, ea praca idade és commpentos, dregceempoes óado. é tada par cria as imacãa qm propeodndes defmidas * Animações, Algumas ilustrações do texto estão apoiadas na mídia, Os estudantes po- dem observar o movimento de imagens tridimensionais de interações atômicas é mole- culares e aprender a visualizá-las como os químicos fazem - em nível molecular Para prender a atenção do estudante, adicionamos nesta edição algumas questões sobre es- sas animações. * Ferramentas. Algumas ferramentas do site do livro permitem q estudo dos cálculos químicos e a exploração de propriedades da Tabela Periódica (em inglês) a partir de di- ferentes pontos de vista. Você também poderá utilizar uma calculadora adaptada para a solução de problemas de equilíbrio [em inglês). * Material em português. Para facilitar a revisão dos conteúdos do livro, estão dispo- níveis os apêndices, o glossário e as equações-chave em formato pdf e em português. Os apêndices trazem simbolos, unidades, técnicas matemáticas, dados experimentais e nomenclatura. O glossário define os termos mais importantes, e as equações-chave utilizadas no livro aparecem separadas por capítulo, FICARA DES Estes amam edcpm a Prefácio xi A contribuição dos revisores das primeira, segunda e terceira edições permanecem no texto e, por isso, gostaríamos de renovar nossos agradecimentos a: Thomas Albrechr-Schmidr, Auburm University Marthew Asplund, Brigham Young University Marthew PR. Augustine, University of California, Davis David Baker, Delta College Alan L. Balch, University of California, Davis Mario Baur, University of California, Los Angeles Robert K. Bohn, University of Connecticut Paul Braterman, University of North Texas William R. Brennan, University of Pennsylvania Ken Brooks, New Mexico State University Julia R. Burdge, University of Akron Paul Charlesworth, Michigan Technological University Patricia D. Christie, Massachusetts Institute of Technology William Cleaver, University of Vermont David Dalton, Temple University JM. D'Auria, Simon Fraser University James E, Davis, Harvard University Walter K. Dean, Lawrence Technological University Jimmie Doll, Brotm University Ronald Drucker, City College of San Francisco Jetry Dutfy-Marzner, State University of New York, Cortland Robert Eierman, University of Wisconsin Kevin L. Evans, Glemvilte State College Donald D. Fitts, University of Pennsylvania Lawrence Fong, City College of San Francisco Regina F. Frey, Washington University Dennis Gallo, Augustana College David Harris, Umiversity of California, Santa Barbara Sheryl Hemkin, Kemyon College Michael Henchman, Brandeis University Geoffrey Herring, University of British Columbia Timothy Hughbanks, Texas AGM University Paul Hunter, Michigan State University Keiko Jacobsen, Tilane University Roberr C. Kerber, State University of New York, Story Brook Robert Kolodny, Armstrong Atlantic State University Lynn Vogel Koplita, Loyola University Petra van Koppen, University of California, Santa Barbara Mariusz Kozik, Canisius College Julie Ellefson Kuchn, William Rainey Harper College Cynthia LaBrake, University of Texas, Austin Brian B. Laird, Umiversity of Kansas Yinfa Ma, University of Missouri-Rolla Paul McCord, University of Texas, Austin Alison McCurdy, Harvey Mudd College Charles W. MeLaughlin, University of Nebraska Patricia O'Hara, Amherst College Noel Owen, Brigham Young University Donald Parkhurst, The Walker School Montgomery Petritt, University of Houston Joseph Potenza, Rutgers University Wallace Pringle, Wesleyan University Philip J. Reid, University of Washington Barbara Sawrey, University of California, San Diego George Schatz, Northwesterm University Paula Jean Schlax, Bates College Carl Seliskar, University of Cincinnati Robert Sharp, University of Michigan, Arm Arbor Peter Sheridan, Colgate University Jay Shore, South Dakota State University Herb Silber, San Jose State University Lec G. Sobotka, Washington University Michael Sommer, Harvard University Nanete A. Stevens, Wake Forest University Tim Su, City College of San Francisco Sara Suteliffe, University of Texas, Austin Larry Thompson, University of Mimnesota, Dilwth Dino Tinti, University of California, Davis Sidney Toby, Rutgers University David Vandenbout, University of Texas, Austin Deborah Walker, University of Texas, Austin Lindell Ward, Franklin College Thomas R. Webb, Auburn University Peter M. Weber, Brown University David D. Weis, Skidmore College Ken Whitmire, Rice University James Whitten, University of Massachusetts, Lowell Gang Wu, Queen's University Zhiping Zheng, University of Arizona Marc Zimmer, Connecticut College Martin Zysmilich, Massachusetts Institute of Technology Outras pessoas também contribuíram significarivamente. Leroy Laverman, University of California, Santa Barbara, revisou cuidadosamente todo o texto e as figuras, levando a considerável melhora. Roy Tasker, University of Western Sydney, contribuiu para o site do livro, criou animações e selecionou os icones para as ligações de animação na mídia. Michael Cann, University of Scranton, abriu nossos olhos para o mundo da química verde de um modo que enriqueceu muito este texto, Gostaríamos de agradecer também a Nathan Barrows, Arizona State University, pela contribuição para as respostas dos testes. Os auto- res dos suplementos, especialmente John Krenos, Joseph Potenza, Laurence Lavelle, Yinfa Ma e Carl Hoeger, nos deram muitos conselhos úteis. Laurence Lavelle, UCLA, e Danielle Scheuhler, Wagner College, revisaram cuidadosamente todas as soluções. Este livro também recebeu sugestões de Dennis Kohl, University of Texas, Austin; Randall Shirts, Brigham Young University; Catherine Murphy, University of South Carolina; Michael Sailor, Uni- versity of California, San Diego; Matt Miller e Jay Shore, South Dakota State University; e Peter Garik, Rosina Georgiadis, Mort Hoffman e Dan Dill, Boston University. xii Prefácio Agradecemos aos membros da equipe de W. H. Freeman and Company, que entende- ram nossa visão e ajudaram a torná-la realidade. Destacamos, em particular, Jessica Fio- rillo, editora sênior de química, que ajudou na nossa organização e na de todo o projeto, e Randi Rossignol, nosso editor de desenvolvimento, que nos levou a introduzir importantes melhorias nesta edição; Georgia Lee Hadler, editora sênior de projetos, que, mais uma vez, tomou a si a tarefa hercúlea de transformar em livro nossas pilhas de papéis; Margaret Comaskey, nossa copy editor, que organizou e coordenou aquelas pilhas de papéis com muito cuidado; Bianca Moscatelli, que encontrou novas fotografias bastante pertinentes; e Dave Quinn, que supervisionou o desenvolvimento e a produção da grande quantidade de suplementos em mídia e impressos. Também agradecemos a Jenness Crawford por sua aju- da com os suplementos e a Anthony Petrites e Brittany Murphy por sua ajuda no acompa- nhamento do livro durante a produção. Os autores não poderiam ter desejado uma equipe melhor ou mais dedicada. FUNDAMENTOS INTRODUÇÃO E ORIENTAÇÃO A química e a sociedade Química: uma ciência em três níveis Coma se faz a ciência Os ramos da química Aprendendo química A MATÉRIA E ENERGIA A.1 Propriedades físicas AZ Força A3 Energia Exercícios B ELEMENTOS E ÁTOMOS B.1 Átomos B.2 Modelo nuclear B3 isótopos B.4 Organização dos elementos Exercícios € coMmMPoOsTOS €1 O que são compostos? €2 Moléculas e compostos moleculares C3 fons e compostos iônicos Exercícios D NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS D.1 Nomes dos cátions D.2 Nomes dos ânions D.3 Nomes dos compostos lônicos D.A Nomes dos compostos inorgânicos moleculares D.5 Nomes de alguns compostos orgânicos comuns Exercícios E MOLS E MASSAS MOLARES E1 Mol E2 Massa molar Exercícios E DETERMINAÇÃO DAS FÓRMULAS QUÍMICAS E1 Composição percentual em massa E2 Determinação das fórmulas empíricas F3 Determinação das fórmulas moleculares Exercícios Fa F5 F5 FIO Fa Fis E FI6 FIZ FB Ez F22 Faz Fa3 24 F28 F29 F29 F2g Bi E3z 35 36 F3z B7 pg Fas F4s Fsb Faz rag FsO G MISTURAS ESOLUÇÕES GA Classificação de misturas G.2 Técnicas de separação G.3 Concentração Ga Diluição Exercícios H EQUAÇÕES QUÍMICAS H.1 Representação das reações químicas H.2 Balanceamento das equações químicas Exercícios 1 SOLUÇÕES EM ÁGUA E PRECIPITAÇÃO 11 Eletrólitos 12 Reações de precipitação 1.3 Equações iônicas e iônicas simplificadas 1.4 Aplicações da precipitação Exercícios ) ÁCIDOS E BASES JA Ácidos e bases em solução em água 12 Ácidos e bases fortes e fracos 13 Neutralização Exercícios K REAÇÕES REDOX K1 Oxidação e redução K2 Números de oxidação: seguindo os elétrons K3 Oxidantes e redutores K.4 Balanceamento de equações redox simples Exercícios L ESTEQUIOMETRIA DAS REAÇÕES Li Predições mol a mol L.2 Predições massa a massa L.3 Análise volumétrica Exercícios M REAGENTES LIMITANTES M.1 Rendimento da reação M.2 Limites da reação M.3 Análise por combustão Exercícios F51 51 53 54 F57 F58 F6o F6z F65 F65 F67 F67 Foa Fzo F72 F72 F74 F75 F76 FZ7 Fz8 F79 Fat F83 F8s FB5 Fãb F86 Faa F95 F95 FIDO Fios avi Sumário Capítulo 1 OBSERVAÇÃO DOS ÁTOMOS 1.1 Modelo nuclear do átomo 1.2 Características da radiação eletromagnética 1.3. Espectros atômicos TEORIA QUÂNTICA 1.4 Radiação, quanta e fótons 1.5 Dualidade onda-partícula da matéria 1.6 Princípio da incerteza 1.7 Funções de onda e níveis de energia O ÁTOMO DE HIDROGÊNIO 1.8 Número quântico principal 1.9 Orbitais Atômicos 1.10 Spin do elétron 1,17 Estrutura eletrônica do hidrogênio Quadro 1.1 Como podemos saber... se um elétron tem spin? ÁTOMOS COM MUITOS ELÉTRONS 1.12 Energias dos orbitais 1,13 Princípio da construção CAIXA DE FERRAMENTAS 1,1 COMO PREDIZER A CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA DO ESTADO FUNDAMENTAL DE UM ÁTOMO 1.14 Estrutura eletrônica e Tabela Periódica Quadro 1.2 O desenvolvimento da Tabela Periódica PERIODICIDADE DAS PROPRIEDADES DOS ÁTOMOS 1.15 Raio atômico 1,16 Raio iônico 1.17 Energia de ionização 1.18 Afinidade eletrônica 1.19 Eleito do par inerte 1.20 Relações diagonais 1.21 Propriedades gerais dos elementos Exercícios N 2 32 33 Capítulo 2 AÇÕES QUÍM s LIGAÇÕES IÔNICAS 2.1 Os fons que os elementos formam 22 Símbolos de Lewis 2.3 Formação das ligações iônicas 2.4 Interações entre fons LIGAÇÕES COVALENTES 2.5 Estruturas de Lewis 2.6 Estruturas de Lewis de espécies poliatômicas CAIXA DE FERRAMENTAS 21 COMO ESCREVER AS ESTRUTURAS DE LEWIS DE ESPÉCIES POLIATÔMICAS 55 56 58 58 59 63 63 64 65 2.7 Ressonância 67 2.8 Carga formal 69 CAIXA DE FERRAMENTAS 2.2 COMO ASSINALAR CARGAS FORMAIS PARA DETERMINAR A ESTRUTURA DE LEWIS MAIS PROVÁVEL 70 EXCEÇÕES DA REGRA DO OCTETO Fá! 2.9 Radicais e birradicais 72 2.10 Camadas de valência expandidas 72 Quadro 2.1 Oque isto tem a ver com... permanecer vivos? 73 2.11 Estruturas incomuns de alguns compostos do Grupo 13/1ll 75 LIGAÇÕES IÔNICAS VERSUS LIGAÇÕES COVALENTES 76 2.12 Correção do modelo covalente: eletronegatividade 76 2.13 Correção do modelo iônico: polarizabilidade 78 FORÇAS E COMPRIMENTOS DAS LIGAÇÕES COVALENTES 79 2.14 Forças de ligação 79 2.15 Variação da energia de ligação 80 2.16 Comprimentos de ligação 8 Quadro 2.2 Como podemos saber... o comprimento de uma ligação química? as Exercícios 8 TÉCNICA PRINCIPAL 1 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO 90 Capítulo 3 MODELO VSEPR 93 Quadro 3.1 Fronteiras da química: Fármacos obtidos por projeto e descoberta 94 3.1 Modelo VSEPR básico 95 3.2 Moléculas com pares de elétrons isolados no átomo central 98 CAIXA DE FERRAMENTAS 3.1 COMO USAR O MODELO VSEPR 100 33 Moléculas polares 101 TEORIA DA LIGAÇÃO DE VALÊNCIA 104 34 Ligações sigma e pi 105 35 Promoção de elétrons e hibridação dos orbitais 107 3.6 Outros tipos comuns de hibridação 108 3.7 Características das ligações múltiplas m TEORIA DOS ORBITAIS MOLECULARES 113 3.8 Limitações da teoria de Lewis "3 Quadro 3.2 Como podemos saber... que os elétrons não estão emparelhados? nas 39 Orbitais moleculares ns 3.10 Configurações eletrônicas das moléculas diatômicas N6 aviii Sumário 7.5 Medida do calor 243 8.11 Equilíbrio 314 7.6 Primeira lei 247 ui s 7 ENERGIA LIVRE DE GIBBS 315 E ia clic dida cd 251 8,12 Um olhar sobre o sistema 315 8.13 Energia livre de Gibbs de reação 318 ENTALPIA 252 8.14 Energia livre e trabalho de não expansão 321 7.8 Transferência de calor sob pressão constante 252 8.15 Efeito da temperatura 323 7.9 Capacidades caloríficas dos gases em volume 8.16 Impacto na biologia: Variações de energia e pressão constantes 254 livre de Gibbs em sistemas biológicos 325 FO Interlúdio molecular: A origem da capacidade Exercícios 326 calorífica dos gases 255 7.11 Entalpia das mudanças físicas 257 E ” 7.12 Curvas de aquecimento 259 Capítulo 9 ps mera gore atra do 20 FASES E TRANSIÇÕES DE FASE 333 9.1 Pressão de vapor 334 ENTALPIA DA REAÇÃO QU ÍMICA 261 92 Volatilidade e forças intermoleculares 335 7.13 Entalpias de reação 261 9.3 Variação da pressão de vapor de acordo com 7.14 Relação entre AH e AU 263 a temperatura 335 7.15 Entalpia padrão de reação 264 9.4 Ebulição 338 7146 Combinação das entalpias de reação: 9.5 Congelamento e fusão 339 lei de Hess 265 9.6 Diagrama de fases 340 CAIXA DE FERRAMENTAS 7,1 COMO USAR A 9.7 Propriedades críticas 342 LEI DE HESS 266 7.17 Liberação de calor nas reações 267 SOLUBILIDADE f- a Quadro 7.2 O que isso tem a ver com... 9.8 Limites da solubilidade 344 o meio ambiente? 268 9.9 Regra “igual dissolve igual” 345 7.18 Entalpia padrão de formação 271 9.10 Pressão solubilidade dos gases: Lei de Henry 347 719 Ciclo de Bom-Haber 274 9.11 Temperatura e solubilidade 348 7.20 Entalpias de ligação 276 9.12 Entalpia de solução 349 7.21 Variação da entalpia de reação com 9.13 Energia livre de Gibbs de solução 351 uniões E dm PROPRIEDADES COLIGATIVAS 352 9.14 Molalidade 352 CAIXA DE FERRAMENTAS 9.1 COMO USAR A MOD 1 A MOLALIDADE 353 Capítulo 8 SEGUN 9.15 Abaixamento da pressão de vapor 356 9.16 Elevação do ponto de ebulição e abaixamento do ponto de congelamento 358 9.17 Osmose 360 ni A espontânea e CAIXA DE FERRAMENTAS 9.2 COMO USAR E AS PROPRIEDADES COLIGATIVAS PARA 8.2 Entropia e desordem 288 DETERMINAR A MASSA MOLAR 362 8.3 Variações de entropia 290 84 Variações de entropia que acompanham MISTURAS BINÁRIAS LÍQUIDAS 365 as mudanças de estado físico 295 9.18 Pressão de vapor de uma mistura 8.5. Interpretação molecular da entropia 298 binária líquida 365 8.6 Equivalência das entropias estatística e 9.19 Destilação 367 termodinâmica 301 9.20 Azeótropos 368 8.7 Entropias padrão molares 303 Quadro 8.1 Fronteiras da química: À procura do CT RA CEIA E NOS MATERIAIS o Ecosse aodidimação ts 9.22. Materiais bloderivados e blomiméticos 371 Quadro 9.1 Fronteiras da química: Liberação VARIAÇÕES GLOBAIS DE ENTROPIA 308 de fármacos 372 8.9 Vizinhança 308 Exercícios 373 8.10. Variação de entrópia total so TÉCNICA PRINCIPAL 4 CROMATOGRAFIA 381 Capítulo 10 REAÇÕES NO EQUILÍBRIO 10.1 10.2 10.3 Reversibilidade das reações Equilíbrio e lei da ação das massas Origem termodinâmica das constantes de equilíbrio Grau de avanço da reação Direção da reação CÁLCULOS DE EQUILÍBRIO 10.6 Constante de equilíbrio em termos das concentrações molares de gases 104 10.5 10.7 Formas alternativas da constante de equilíbrio 10.8 Uso das constantes de equilíbrio CAIXA DE FERRAMENTAS 10.1 COMO MONTAR E USAR UMA TABELA DE EQUILÍBRIO RESPOSTA DOS EQUILÍBRIOS A MUDANÇAS DE CONDIÇÕES 10.9. Adição e remoção de reagentes 10.10 Compressão de uma mistura de reação 10.11 Temperatura e equilíbrio 10.12 Catalisadores e o trabalho de Haber 10.13. Impacto na biologia: Homeostase Exercícios 384 384 385 390 395 396 397 398 401 401 405 “05 408 410 413 413 414 Capítulo 71 NATUREZA DOS ÁCIDOS E BASES 11.1 Ácidos e bases de Brensted-Lowry 1.2 Ácidos e bases de Lewis 1.3 Óxidos ácidos, básicos e anfotéricos 11.4 Troca de prótons entre moléculas de água 11.5 Escala de pH 11.6 O pOH de soluções ÁCIDOS E BASES FRACOS 11.7 Constantes de acidez e de basicidade 11.8 A gangorra da conjugação 11.9 Estrutura molecular e acidez 11.10 Acidez dos oxoácidos e ácidos carboxílicos pH DE SOLUÇÕES DE ÁCIDOS E BASES FRACOS 11,11 Soluções de ácidos fracos CAIXA DE FERRAMENTAS 11.1 COMO CALCULAR O pH DE UMA SOLUÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO 11.12 Soluções de bases fracas CAIXA DE FERRAMENTAS 11.2 COMO CALCULAR O pH DE UMA SOLUÇÃO DE BASE FRACA 11.13 O pH de soluções de sais ÁCIDOS E BASES POLIPRÓTICOS 1114 O pH de soluções de ácidos polipróticos 11.15 Soluções de sais de ácidos polipróticos 11.16 As concentrações de solutos 423 423 426 428 “29 431 434 435 435 438 440 442 455 456 457 Sumário CAIXA DE FERRAMENTAS 11.3 COMO CALCULAR AS CONCENTRAÇÕES DE TODAS AS ESPÉCIES DE UMA SOLUÇÃO DE UM ÁCIDO POLIPRÓTICO VI.I7 Composição e pH Quadro 11.1 O que isso tem a ver com... o meio ambiente? AUTOPROTÓLISE E pH 11.18 Soluções muito diluídas de ácidos e bases fortes 1.19 Soluções muito diluídas de ácidos fracos Exercícios Capítulo 12 : S EA SOLUÇÕES MISTAS E TAMPÕES 12.1 Ação do tampão 12.2 Planejamento de um tampão 12.3 Capacidade tamponante TITULAÇÕES 124 Titulações ácido forte-base forte Quadro 12.1 O que isso tem a vercom... permanecer vivo? CAIXA DE FERRAMENTAS 12.1 COMO CALCULAR O pH DURANTE UMA TITULAÇÃO ÁCIDO FORTE-BASE FORTE 12.5 Titulações ácido forte-base fraca e ácido fraco-base forte CAIXA DE FERRAMENTAS 12.2 COMO CALCULAR O pH DURANTE TITULAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO OU UMA BASE FRACA 12.6 Indicadores ácido-base 12.7 Estequiometria das titulações de ácidos polipróticos EQUILÍBRIOS DE SOLUBILIDADE 12.8 Produto de solubilidade 12.9 Efeito de fon comum 12.10 Predição da precipitação 12.11 Precipitação seletiva 12.12 Dissolução de precipitados 12.13 Formação de fons complexos 12.14 Análise qualitativa Exercícios xix 458 467 462 464 4b4 466 “68 475 476 477 482 483 483 484 455 486 ao 492 494 496 497 499 501 502 504 505 507 509 Capítulo 13 k M REPRESENTAÇÃO DAS REAÇÕES REDOX 13.1 Meias-reações 13,2 Balanceamento de equações redox CAIXA DE FERRAMENTAS 13.1 COMO BALANCEAR EQUAÇÕES REDOX COMPLICADAS CÉLULAS GALVÂNICAS 13.3 Estrutura das células galvânicas 515 516 516 517 522 522 15.23 Compastos dos halogênios 656 GRUPO 18/Vill: GASES NOBRES 659 15.24 Elementos do Grupo 18/VI 659 15.25 Compostos dos gases nobres 560 Exercícios 662 Capítulo 16 ELEMENTOS DO BLOCO d E SEUS COMPOSTOS 667 16.1 Tendências das propriedades físicas 658 16.2 Tendências das propriedades químicas 69 ELEMENTOS SELECIONADOS: UMA INSPEÇÃO 671 16.3 Do escândio ao níquel 671 164 Grupos lle 12 b76 COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO 680 16.5 Complexos de coordenação 680 Quadro 16.1 O que isto tem a ver com... permanecer vivo? 681 CAIXA DE FERRAMENTAS 16.1 COMO DAR NOME AOS COMPLEXOS DE METAIS d E ADS COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO 6583 16.6 Formas dos complexos 685 16.7. Isômeros 686 Quadro 15.2 Como podemos saber... que um complexo é opticamente ativo? 589 ESTRUTURAS ELETRÔNICAS DOS COMPLEXOS 691 168 Teoria do campo cristalino 591 16.9 Série espectroquímica 693 16.10 Cores dos complexos 596 16.11 Propriedades magnéticas dos complexos 697 16,12 Teoria do campo ligante 698 Exercícios 700 DECAIMENTO NUCLEAR 705 17.1 Evidências do decaimento nuclear espontâneo 706 17.2 Reações nucleares 707 17.3 Padrões da estabilidade nuclear 710 174 Predição do tipo de decaimento nuclear 712 17.5 Nucleossíntese z12 Quadro 17.1 O que isso tem a ver com... permanecer vivo? 714 RADIAÇÃO NUCLEAR 715 17.6 Efeitos biológicos da radiação 75 17.7. Medida da velocidade de decaimento nuclear 717 Quadro 17.2 Como podemos saber... o quanto um material é radioativo? 77 17.8 Usos dos radioisótopos 721 Sumário ENERGIA NUCLEAR 17.9 Conversão massa-energia 17.10 Fissão nuclear 17.11 Fusão nuclear 17.12 Química da energia nuclear Exercícios Capítulo 18 HIDROCARBONETOS ALIFÁTICOS 18.1 Tipos de hidrocarbonetos alifáticos CAIXA DE FERRAMENTAS 18.1 COMO NOMEAR OS HIDROCARSONETOS ALIFÁTICOS 182 Isômeros 18.3 Propriedades dos alcanos 18.4 Reações de substituição em alcanos 18.5 Propriedades dos alquenos 18.6 Adição eletrofílica COMPOSTOS AROMÁTICOS 187 Nomenclatura dos arenos 18.8 Substituição eletroílica IMPACTO NA TECNOLOGIA: COMBUSTÍVEIS 18.9 Gasolina 18.10 Carvão Exercícios TÉCNICA PRINCIPAL 6 ESPECTROMETRIA DE MASSAS Capítulo 19 GRUPOS FUNCIONAIS COMUNS 19.1 Halogenoalcanos 19.2 Álcoois 19.3 Éteres 19.4 Fenóis 19.5 Aldeídos e cetonas 19.6 Ácidos carboxílicos 19.7 Esteres 19.8 Aminas, aminçácidos e amidas CAIXA DE FERRAMENTAS 19.1 COMO NOMEAR COMPOSTOS COM GRUPOS FUNCIONAIS IMPACTO SOBRE A TECNOLOGIA 19.9 Polimerização por adição 19.10 Polimerização par condensação 19.11 Copolimeros 12.12 Propriedades físicas dos polímeros O IMPACTO NA BIOLOGIA 19,13 Proteínas xxi 722 722 724 726 728 730 735 736 738 740 743 7as 745 746 748 748 749 751 751 752 753 758 761 762 762 763 764 7h4 765 766 767 769 770 z0 772 775 775 777 777 axii Sumário Quadro 19.1 Fronteiras da química: Polímeros condutores 19.14 Carboidratos 19.15 Ácidos nucleicos Exercícios TÉCNICA PRINCIPAL 7 RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR Apêndice 1: Símbolos, Unidades e Técnicas Matemáticas 1A Símbolos 1B Unidades e conversão de unidades 1C Notação científica 1D' Expoentes é logaritmos TE Equações e gráficos 1F Cálculo avançado Apêndice 2: Dados Experimentais 2A Dados termodinâmicos em 25'€ 2B Potenciais padrão em 25'€ 778 781 782 785 793 793 795 797 798 799 Bos Bos Bio 2€ Configurações eletrônicas do estado fundamental 2D Os elementos 2E Os 23 principais produtos químicos na produção industrial dos Estados Unidos em 2008 Apêndice 3: Nomenclatura 3A Nomenclatura de íons poliatômicos 38 Nomes comuns dos produtos químicos 3C Nomes de alguns cátions comuns com carga variável Glossário Respostas Testes 8 Exercícios de número ímpar Créditos das lustrações Índice 812 814 B24 825 825 826 826 827 857 857 su