Química: A Ciência Central

1033 Pages·2005·72.86 MB·Portuguese

by  Theodore L. Brown

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Na evolução deste livro, determinados objetivos guiaram nossos esforços.
Oprimeiroobjetivoestárelacionadoaofatodequeumlivrodevemostraraosestudantesaimportânciada
químicaemsuasprincipaisáreasdeestudo,bemcomoemseucotidiano.Achamosqueosestudantesficammais
entusiasmadosemaprenderquímicaquandovêemaimportânciadadisciplinaemseusprópriosobjetivoseinte-
resses.Comissoemmente,incluímosaplicaçõesinteressantesesignificativasdaquímica.Aomesmotempo,oli-
vroforneceabasedaquímicamodernaqueosestudantesprecisamparaatenderaosseusinteressesprofissionais
e, quando for o caso, se preparar para cursos de química mais avançados.
Osegundoobjetivo:queremosqueosestudantesvejamnãoapenasqueaquímicaforneceabaseparamuitodo
queacontecenomundo,mastambémqueelaéumaciênciavital,emcontínuodesenvolvimento.Assim,mantive-
mos o livro atualizado em termos de novos conceitos e aplicações e tentamos transmitir o entusiasmo da área.
Oterceiroobjetivoestáligadoaofatodequesentimosque,seolivrotemcomometaapoiarefetivamenteopro-
fessor,eledeveserdirigidoaosestudantes.Assim,procuramosmanterotextoclaroeinteressante,bastanteilus-
trado. Além disso, fornecemos inúmeros elementos de auxílio para os estudantes, entre eles descrições de
estratégiasderesoluçãodeproblemascuidadosamentealocadas.Emconjunto,temosmaisdecemanosdeexpe-
riência como professores. Esperamos que isso esteja evidente na escolha dos exemplos.
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Nesta edição, os primeiros cinco capítulos oferecem uma visão bastante macroscópica e fenomenológica da
química.Osconceitosbásicosabordados—comonomenclatura,estequiometriaetermoquímica—fornecemos
fundamentos necessários para muitos experimentos de laboratório normalmente realizados em química geral.
Achamosqueumaintroduçãoantecipadadatermoquímicaéimportanteporquemuitosentendimentosdospro-
cessos químicos são baseados nas considerações de variação de energia. A termoquímica também é relevante
quando abordamos as entalpias de ligação.
Osquatrocapítulosseguintes(capítulos6a9)tratamdeestruturaeletrônicaeligação.Ofocomuda,então,
paraopróximoníveldeorganizaçãodamatéria:estadosdamatéria(capítulos10e11)esoluções(Capítulo13).
Estapartetambémpossuiumcapítulodeaplicaçõesnaquímicadosmateriaismodernos(Capítulo12),queseba-
seia no entendimento dos estudantes sobre ligação química e interações intermoleculares.
Ossetecapítulosseguintesexaminamosfatoresquedeterminamavelocidadeeaextensãodasreaçõesquími-
cas:cinética(Capítulo14),equilíbrios(capítulos15a17),termodinâmica(Capítulo19)eeletroquímica(Capítulo
20).Nestapartetambémestáinclusoumcapítulosobrequímicaambiental(Capítulo18),noqualosconceitosde-
senvolvidos nos capítulos anteriores são aplicados em um debate sobre a atmosfera e a hidrosfera.
Apósumadiscussãosobrequímicanuclear(Capítulo21),vêemosquatrocapítulosfinais,queexaminama
químicadosnão-metais,aquímicadosmetais,aquímicaorgânicaeabioquímica(capítulos22a25).Estescapítu-
los estão desenvolvidos de maneira paralela e podem ser abordados em qualquer ordem.
Nossaseqüênciadecapítulossegueumaorganizaçãodecertamaneirapadrão,massabemosquenemtodosos
professoresensinamostópicosexatamentenaordememqueescolhemos.Assim,asseguramosqueosprofessores
possamfazervariaçõesnaseqüênciadeensinosemprejuízodacompreensãodosestudantes.Emparticular,mui-
tosprofessorespreferemabordargases(Capítulo10)apósestequiometriaoutermoquímica,emvezdejuntamente
comestadosdamatéria.Ocapítulosobregasesfoiescritodemodoapermitiressavariaçãoseminterrupçãonoflu-
xodomaterial.Épossíveltambémdiscutirobalanceamentodeequaçõesredox(seções20.1e20.2)antecipada-
mente, após a introdução das reações redox na Seção 4.4. Há ainda professores que preferem abordar química
orgânica(Capítulo25)logoapósligações(Capítulo9);comexceçãodaestereoquímica,introduzidanaSeção24.3,
essa mudança também não acarreta nenhum problema.
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Química: a ciência central
Tentamossempreiniciarosestudantesnaquímicaorgânicaenaquímicainorgânicadescritivasintegrando
exemplosportodoolivro.Vocêencontraráexemplospertinenteserelevantesdaquímica‘real’emtodososcapítu-
los,comomeiodeilustrarosprincípioseasaplicações.Algunscapítulos,naturalmente,abordamdemaneiramais
diretaaspropriedadesdoselementoseseuscompostos,emespecialoscapítulos4,7,12,18e22a25.Incorporamos
também química orgânica e química inorgânica descritivas nos exercícios de final de capítulo.
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Nossoprincipalobjetivonanonaediçãofoireforçarumlivrojáfortee,aomesmotempo,manterseuestiloefi-
ciente.OspontosfortestradicionaisdeQuímica:aciênciacentralincluemclareza,exatidãoeaceitaçãocientíficas,
exercíciosdefinaldecapítulorelevanteseconsistêncianoníveldeabrangência.Aofazerasmudançasdestaedi-
ção,levamosemconsideraçãooscomentáriosrecebidosdeprofessoreseestudantesqueutilizaramaediçãoante-
rior.Osestudantesgostamdalinguagemacessíveldolivro,epreservamosesseestilonanonaedição.Asseções
quepareciammaisdifíceisparaelesforam,emmuitoscasos,reescritaseintensificadascommelhoresilustrações.
Paratornarolivromaisfácildeserusadopelosestudantes,buscamosumadiagramaçãoaindamaisabertaelimpa.
Tambémcontinuamosaintensificarasilustraçõesafimdetransmitirmelhorabelezaeosconceitosdaquímica
paraosestudantes.Omaiorusodeilustraçõesmolecularesgeradasemcomputadorforneceaosestudantesuma
noçãomaisaprofundadadaarquiteturamolecularpormeioderepresentaçõesdeesferaepalitoedepreenchi-
mentodeespaçodasmoléculas.Alémdisso,adicionamosmapasdedistribuiçãodecargasemcasosselecionados,
nosquaisacreditamosqueelespossamcontribuirparaoentendimentodosestudantes.Continuamosaindaadar
ênfaseàsrepresentaçõestridimensionaisnasnossasilustrações.Nossoobjetivopermanecesendoousodecorese
fotosparaenfatizarpontosimportantes,focaraatençãodoalunoedaraolivroumaaparênciadespojadaeconvi-
dativa.
Enfatizamosoaprendizadoorientadoaoconceitoportodoolivro.Umanovacaracterísticapresentenestaedição
éaseção“Oqueestáporvir”naaberturadecadacapítulo.Essaseçãoofereceaosestudantesumabrevevisãodas
principaisidéiaserelaçõesqueocapítuloabordará.Esperamosque,comisso,osestudantesiniciemoestudodosca-
pítuloscommaisconfiança,porteremumanoçãodadireçãoqueseusestudostomarão.Oselosdeconceito( )
continuamafornecerreferênciascruzadas,fáceisdeseremvisualizadas,paramateriaispertinentesabordadosan-
teriormente.Aseção“Estratégiasnaquímica”,queajudaosestudantesnaresoluçãodeproblemaseosfaz‘pensar
como químicos’, permanece como uma importante característica. Adicionamos mais questões conceituais aos
exercíciosdefinaldecapítulo.Osexercícioscumulativos,quedãoaosestudantesaoportunidadederesolverpro-
blemasmaisdesafiadores,integrandoosconceitosdocapítulocomostratadosemcapítulosanteriores,também
cresceram em número.
Olivroestábastanteatualizado.Referênciasaacontecimentosrecentesajudamosestudantesarelacionarseus
estudosdequímicacomsuasexperiênciasdevidacotidianas.Novosensaiosnasbemrecebidasseções“Aquímica
notrabalho”e“Aquímicaeavida”enfatizamosacontecimentosmundiais,asdescobertascientíficaseosavanços
médicosquesesucederamdesdeapublicaçãodaoitavaedição.Mantivemosnossofoconosaspectospositivosda
química,semdeixardeladoosproblemasquepodemsurgiremummundotecnológicoemcrescimento.Nosso
objetivoéajudarosestudantesacompreenderaperspectivadomundorealdaquímicaeomodocomoaquímica
afeta sua vida.
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•
Revisamososexercíciosdefinaldecapítulo,comfocoespecialnosexercícioscujanumeraçãoestáempreto.
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Conduzimosaestratégiaderesoluçãodeproblemasemetapas—Análise,Planejamento,ResoluçãoeCon-
ferência—namaioriadosexercícios‘Comofazer’dolivro,afimdefornecermosumguiaadicionalnareso-
lução de problemas.
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Adicionamosestratégiasderesoluçãodeproblemasem’Comofazer’selecionados,querealçamoscálculos
matemáticos para ensinar aos estudantes como realizá-los melhor.
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Revimos e revisamos todos os capítulos com base nas sugestões de revisores e usuários. Por exemplo:
– Adicionamos uma breve introdução à química orgânica no Capítulo 2.
– Melhoramos a apresentação da primeira lei da termodinâmica no Capítulo 5.
– Expandimos a abordagem de supercondutividade no Capítulo 12.
– Revisamosotratamentointrodutóriodeequilíbrio,eliminandoadistinçãoartificialentreconstantesde
equilíbrio nos gases e na fase aquosa.
– Melhoramos o tratamento de compostos de coordenação no Capítulo 24.
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Prefácio
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AnonaediçãodeQuímica:aciênciacentralfoiescritaparainiciá-lonaquímicamoderna.Nessesmuitosanos
quepraticamosaquímica,descobrimosqueelaéumdesafiointelectualestimulanteeumaporçãoextraordinaria-
mentericaevariadadenossaherançacultural.Esperamosque,àmedidaqueavanceemseusestudos,vocêcom-
partilhe conosco desse entusiasmo. Esperamos também que você perceba a importância da química no seu
dia-a-dia.Comoautores,somosverdadeiramenteencarregadosporseuprofessoraajudá-loaaprenderquímica.
Combasenoscomentáriosdosestudantesedosprofessoresqueusaramestelivronasediçõesanteriores,acredita-
mosquefizemosumbomtrabalho.Naturalmente,esperamosqueolivrocontinueaevoluiremsuasediçõesfutu-
ras.Convidamosvocêaescreverparanós,nosdizendooqueachadolivro,deformaquesaibamosondepodemos
contribuirmais.Gostaríamosdesabertambémdequaisquerpontosfracos,demodoquepossamosmelhorarain-
da mais o livro em edições subseqüentes. Nossos endereços são fornecidos no final do prefácio.
(cid:4)(cid:11)(cid:5)(cid:19)(cid:3)!(cid:4)(cid:5)(cid:18)"(cid:7)(cid:9)(cid:7)(cid:18)(cid:7)"(cid:9)(cid:19)(cid:11)(cid:17)(cid:19)(cid:9)(cid:18)(cid:19)(cid:18)(cid:19)(cid:5)(cid:20)(cid:16)(cid:17)(cid:7)(cid:9)(cid:18)(cid:29)(cid:16)#(cid:24)(cid:2)(cid:22)(cid:7)
Aprenderquímicaexigetantoaassimilaçãodemuitosconceitosnovosquantoodesenvolvimentodehabilida-
desanalíticas.Nestelivro,fornecemosavocênumerosasferramentasparaajudá-loatersucessoemambososcasos.
Àmedidaqueprosseguiremseucursodequímica,vocêdevedesenvolverbonshábitosdeestudoparaaju-
dá-lonoprocessodeaprendizado.Oferecemosasdicasaseguirparaquetenhasucessoemseuestudoemquímica:
Nãofiqueparatrás!Noseucursodequímica,novostópicosserãobaseadosemmateriaisjáapresentados.Se
vocênãosemantiveremdiacomaleituraearesoluçãodeproblemas,acharámuitomaisdifícilacompanharasau-
laseasabordagensdostópicosatuais.Simplesmenteseprepararnavésperadasprovastemsemostradoumama-
neira ineficiente para estudar qualquer assunto, inclusive química.
Foqueseuestudo!Aquantidadedeinformaçõesquevocêvaireceberemseucursodequímicapodepareceral-
gumasvezesexcessiva.Éessencialreconhecerosconceitoseashabilidadesparticularmenteimportantes.Ouça
atentamenteasorientaçõeseasênfasesfornecidaspelosseusprofessores.Presteatençãoàshabilidadesreforçadas
nos´Comofazer´.Observeassentençasemitáliconodecorrerdolivroeestudeosconceitosapresentadosnoresu-
mo dos capítulos.
Mantenhaboasnotasdeaula.Suasnotasdeaulalhefornecerãoregistrosclaroseconcisosdoqueseuprofessor
consideraimportante.Usesuasnotasdeaulaemconjuntocomestelivro—essaéamelhormaneiradedeterminar
qual material estudar.
Leiarapidamenteostópicosdolivroantesdeelesseremdiscutidosemaula.Lerumtópicoantesdaaulatornarámais
fácilparavocêtomarboasnotas.Primeiro,leiaaintroduçãoeoresumo.Emseguida,leiarapidamentetodoocapí-
tulo,pulandoos‘Comofazer’easseçõessuplementares.Presteatençãonotítulodasseçõesesubseções,quedãoa
vocêumaidéiadoobjetivodostópicos.Tenteevitarpensarquevocêdeveaprendereentenderdeumavezsó.
Depoisdaaula,leiacuidadosamenteostópicosdiscutidos.Vocêprovavelmenteprecisaráleromaterialdeterminado
maisdeumavezparadominá-lo.Àmedidaquevocêforlendoessematerial,presteatençãonosconceitosapresen-
tadosenasaplicaçõesdessesconceitosnosexercícios‘Comofazer’.Assimqueacharqueentendeuo‘Comofazer’,
resolvaoexercício‘Pratique’queoacompanha.Nodecorrerdolivro,vocêencontraráexercícios‘Comofazerespe-
cial’.Essesexercíciossãodesenvolvidosparaajudá-loavercomoosconceitoseosmétodosaprendidosnoscapítu-
los anteriores podem ser unidos a materiais recentemente aprendidos.
Aprenda a linguagem da química. Ao estudar química, você encontrará muitas palavras novas. É importante
prestaratençãonessaspalavrasesaberseusignificadoouaentidadeàqualelassereferem.Saberidentificarsubs-
tânciasquímicasapartirdeseunomeéumahabilidadeimportante,quepodeajudá-loanãocometererrosnas
provas.
Esforce-seemtodososexercíciosdefinaldecapítulo.Resolverosexercíciosselecionadosporseuprofessoroferecea
práticanecessáriapararelembrareusarasidéiasessenciaisdocapítulo.Vocênãopodeaprendersimplesmente
pelaobservação—deveserumparticipante.Seficarenroscadoemumexercício,procureaajudadeseuprofessor,
deseumonitoroudeumoutroestudante.Gastarmaisde20minutosemumúnicoexercícioraramenteéeficiente,
a menos que você saiba que ele é de fato desafiador.
Façausodosite.Algumascoisassãomaisfáceisdeaprenderpeladescoberta,aopassoqueoutrassãomaisbem
demonstradasemtrêsdimensões.UseoCompanionWebsitedestelivroepasseboapartedeseutempoemconta-
to com a química.
Emresumo,éprecisotrabalharduro,estudardemaneiraeficienteeusarasferramentasdisponíveisparavocê,
entreelasestelivro.Queremosajudá-loaaprendermaissobreomundodaquímicaeacompreenderporqueelaé
aciência central.
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Química: a ciência central
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NoCompanionWebsitedestelivro(www.prenhall.com/brown_br),professoreseestudantestêmacessoadi-
versos materiais adicionais que facilitam tanto a exposição das aulas como o processo de aprendizado.
$(cid:7)(cid:9)(cid:7)(cid:18)(cid:4)(cid:5)(cid:18)"(cid:9)(cid:4)(cid:6)(cid:19)(cid:5)(cid:5)(cid:4)(cid:9)(cid:19)(cid:5)
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Manual de soluções em inglês.
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Transparências em PowerPoint.
Astransparênciaseomanualdesoluçõessãoprotegidosporsenha.Parateracessoaeles,oprofessorqueado-
taolivrodeveentraremcontatocomseurepresentantePearsonouenviarume-mailparauniversitarios@pearso-
ned.com.
$(cid:7)(cid:9)(cid:7)(cid:18)(cid:4)(cid:5)(cid:18)(cid:19)(cid:5)(cid:20)(cid:16)(cid:17)(cid:7)(cid:11)(cid:20)(cid:19)(cid:5)
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Exercícios autocorrigíveis.
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Inúmeros exercícios em inglês, divididos por capítulos para facilitar o aprendizado.
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Diversosrecursosvisuais,queincluemfilmes,modelos3D,atividades,animaçõesevisualizaçãodemolé-
culas.
(cid:127)
Todososapêndicesreferenciadosnolivro,bemcomoumglossárioeasrespostasdosexercíciosselecionados
do livro-texto.
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Aformafinaldestelivroéfrutodaajudaedotrabalhodemuitaspessoas.Várioscolegasnosajudaramimensa-
mente,compartilhandosuasvisões,revisandonossosesforçosiniciaisefornecendosugestõesparamelhoraroli-
vro. Gostaríamos de agradecer especialmente aos seguintes colaboradores:
Revisores da nona edição
John Arnold University of California, Berkeley John M. Halpin New York University
Merrill Blackman (Col.) US Military Academy Robin Horner Fayetteville Tech Community College
Daeg Scott Brenner Clark University Roger K. House Moraine Valley College
Gregory Alan Brewer Catholic University of America William Jensen South Dakota State University
Gary Buckley Cameron University Siam Kahmis University of Pittsburgh
Gene O. Carlisle Texas A&M University John W. Kenney Eastern New Mexico University
Dana Chatellier University of Delaware George P. Kreishman University of Cincinnati
William Cleaver University of Vermont Paul Kreiss Anne Arundel Community College
Elzbieta Cook University of Calgary David Lehmpuhl University of Southern Colorado
Dwaine Davis Forsyth Tech Community College Gary L. Lyon Louisiana State University
Angel C. deDios Georgetown University Albert H. Martin Moravian College
John Farrar University of St. Francis William A. Meena Rock Valley College
Clark L. Fields University of Northern Colorado Massoud Miri Rochester Institute of Technology
Jan M. Fleischner The College of New Jersey Eric Miller San Juan College
Peter Gold Perm State University Mohammad Moharerrzadeh Bowie State University
Michael Greenlief University of Missouri Kathleen E. Murphy Daemen College
Robert T. Paine Albert Payton University of New Mexico University of NE at Omaha Troy D. Wood
Kim Percell Broward C. C Richard S. Treptow David Zax
Nancy Peterson Cape Fear Community College Claudia Turro Chicago State University
James P. Schneider North Central College Maria Vogt The Ohio State University
Eugene Stevens Portland Community College Sarah West Bloomfield College
James Symes Binghamton University Linda M. Wilkes University of Notre Dame
Edmund Tisko Cosumnes River College Darren L. Williams University of Southern Colorado
Revisores da consistência da nona edição
Ninth Edition Accuracy Checkers Snow College Robert Paine Rochester Institute of Technology
Boyd Beck Rochester Institute of Technology Christopher J. Peoples University of Tulsa
B. Edward Cain Indiana University of Pennsylvania Jimmy R. Rogers University of Texas at Arlington
Thomas Edgar Crumm Georgetown University Iwao Teraoka Polytechnic University
Angel deDios Southwest Texas State University Richard Treptow Chicago State University
David Easter Duquesne University Maria Vogt Bloomfield College
Jeffrey Madura Think Quest, Inc.
Hilary L. Maybaum
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Prefácio
Agradecimentosespeciaisparaaquelesqueforneceraminformaçõesecomentáriosvaliososparaosautorese/ou
para a editora
James Birk Arizona State University Roger DeKock Calvin College
Rik Blumenthal Auburn University Friedrich Koknat Youngstown State University
Daniel T. Haworth Marquette University Thomas R. Webb Auburn University
Revisores da edição anterior
John J. Alexander University of Cincinnati Donald E. Linn, Jr. Indiana University-Purdue University
Robert Allendoerfer SUNY-Buffalo Indianapolis
Boyd R. Beck Snow College David Lippmann Southwest Texas State
James A. Boiani College at Geneseo-SUNY Ramon Lopez de la Vega Florida International University
Kevin L. Bray Washington State University Preston J. MacDougall Middle Tennessee State University
Edward Brown Lee University Asoka Marasinghe Moorhead State University
Donald L. Campbell University of Wisconsin-Eau Claire Earl L. Mark ITT Technical Institute
Stanton Ching Connecticut College William A. Meena Rock Valley College
Robert D. Cloney Fordham University Gordon Miller Iowa State University
Edward Werner Cook Tunxis Community Technical College Massoud (Matt) Miri Rochester Institute of Technology
John M. DeKorte Glendale Community College Kathleen E. Murphy Daemon College
Roger Frampton Tidewater Community College Ross Nord Eastern Michigan University
Joe Franek University of Minnesota Robert H. Paine Rochester Institute of Technology
John I. Gelder Oklahoma State University Mary Jane Patterson Brazosport College
Thomas J. Greenbowe Iowa State University Robert C. Pfaff Saint Joseph’s College
Eric P. Grimsrud Montana State University Jeffrey A. Rahn Eastern Washington University
Marie Hankins University of Southern Indiana Mark G. Rockley Oklahoma State University
Robert M. Hanson St. Olaf College Jimmy Rogers University of Texas, Arlington
Gary G. Hoffman Florida International University James E. Russo Whitman College
Robin Horner Fayetteville Tech Community College Michael J. Sanger University of Northern Iowa
Donald Kleinfelter University of Tennessee-Knoxville Jerry L. Sarquis Miami University
Manickam Krishnamurthy Howard University Gray Scrimgeour University of Toronto
Brian D. Kybett University of Regina Richard Treptow Chicago State University
William R. Lammela Nazareth College Laurence Werbelow New Mexico Institute of Mining and
John T. Landrum Florida International University Technology
N. Dale Ledford University of South Alabama Troy D. Wood SUNY-Buffalo
Ernestine Lee Utah State University
Revisores da consistência da edição anterior
Leslie Kinsland University of Louisiana, Lafayette Robert H. Paine Rochester Institute of Technology
Albert Martin Moravian College Richard Perkins University of Louisiana, Lafayette
Robert Nelson Georgia Southern University
Agradecimentosespeciaisparaoutrosenvolvidosnarevisãodotextoedeoutroscomponentesdaediçãoanterior
Pat Amateis Virginia Polytechnic Institute and State Helen Richter University of Akron
University David Shinn University of Hawaii at Hilo
Randy Hall Louisiana State University John Vincent University of Alabama
Daniel T. Haworth Marquette University Karen Weichelman University of Louisiana, Lafayette
Neil Kestner Louisiana State University
Barbara Mowery Yorktown, VA
GostaríamostambémdeexpressarnossaprofundagratidãoaosnossoscolegasdaPrenticeHall,quetrabalha-
ramduroparatornarestaediçãopossível:NicoleFolchetti,nossaeditoradequímica,quecontribuiucomcriativi-
dadeeenergiaparaestaedição;CarolTruehearteRayMullaney;nossosgerenteseditoriaisdedesenvolvimento,
cujoempenhonosajudouamanterestelivronavanguarda;JohnChallide,editor-chefe,quecontinuasuahistória
deapoioecontribuiçõesvaliosas;KathleenSchiaparelli,editora-executivaadministrativo,peloseuapoioeincen-
tivo;JohnMurdzek,nossoeditordedesenvolvimento,cujobomjulgamentoeolhosaguçadosasseguraramoestilo
eaqualidadedeapresentaçãodolivro;FranDaniele,quetrabalhoucomumcronogramamuitodifícilnoprocesso
deprodução;PaulDrapper,nossoeditordemídia,eAnnMadura,editoradedesenvolvimentodemídia,quecon-
tinuaramamelhorarosmateriaisdemídiadolivro;JerryMarshall,nossopesquisadordefoto,KristenKaiser,ge-
rentedeprojeto,eElianaOrtiz,assistenteeditorial,porsuascontribuiçõesespeciaisevaliosasparaoprojetocomo
um todo.
Agradecemosespecialmenteatodososestudanteseprofessoresqueforneceramcomentáriosesugestõesso-
bre a oitava edição deQuímica: a ciência central. Vocês verão muitas de suas sugestões incorporadas nesta edição.
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Química: a ciência central
Finalmente, agradecemos à nossa famílias pelo amor, apoio e paciência enquanto concluíamos esta edição.
Theodore L. Brown H. Eugene LeMay, Jr.
School of Chemical Sciences Department of Chemistry
University of Illinois Univeristy of Nevada
Urbana, IL 61801 Reno, NV 89557
[email protected] [email protected]
Bruce E. Bursten Julia R. Burdge
Department of Chemistry Florida Atlantic University
The Ohio State University Honors College
Columbus, OH 43210 Jupiter, Florida 33458
[email protected] [email protected]

chamadas elementos. Ao longo deste texto, buscaremos relacionar as propriedades da matéria com a composição,
isto é, aos elementos específicos que ela contém.
A química também proporciona uma base para a compreensão das propriedades da matéria em termos de áto­
mos, que são suas partículas infinitamente pequenas. Cada elemento é composto de um único tipo de átomo. Vere­
mos que as propriedades da matéria relacionam-se não apenas aos tipos de átomos que ela contém (composição),
mas também aos arranjos desses átomos (estrutura).
Os átomos podem se combinar para formar moléculas nas quais dois ou mais átomos estão ligados de forma
específica. No decorrer deste livro você verá moléculas representadas por esferas coloridas para demonstrar como
seus átomos componentes conectam-se entre si (Figura 1.1). A cor simplesmente proporciona um meio convenien­
te de se distinguir os átomos de diferentes elementos. As moléculas de etanol e etilenoglicol, representadas na Fi­
gura 1.1, diferem de alguma maneira na composição. O etanol contém uma esfera vermelha, a qual representa um
átomo de oxigênio, enquanto o etilenoglicol contém duas esferas vermelhas.
Mesmo diferenças aparentemente insigiúficantes na composição ou na estrutura das moléculas podem causar
diferenças profimdas em suas propriedades. O etanol, também chamado de álcool de cereais, é o álcool presente
em bebidas como cerveja e viirho. O etilenoglicol, por outro lado, é um líquido
viscoso usado como aditivo automotivo anticongelante. As propriedades des­ MODELOS 3-D
sas duas substâncias diferem em vários aspectos, incluindo as temperaturas Oxigênio, Água, Dióxido de
carbono, Etanol, Etilenoglicol,
nas quais elas congelam e evaporam. Um dos desafios dos químicos é alterar
Aspirina
as moléculas de maneira controlada, criando novas substâncias com proprie­
dades diferentes.
Toda mudança no mundo observável — de água fervente a trocas que ocorrem à medida que nossos organis­
mos combatem as viroses invasoras —■ tem sua base no mundo não observável dos átomos e moléculas. Assim, à
medida que prosseguirmos com nosso estudo sobre química, perceberemos que estamos pensando em dois uni­
versos; o universo macroscópico de objetos de tamanlio normal (macro = grande) e o universo submicroscópico dos
átomos. Realizamos nossas observações no universo macroscópico com nossa percepção cotidiana — no laboratório
e ao nosso redor. Entretanto, para entender esse universo devemos visualizar como os átomos se comportam.
Por que estudar química?
A química fornece explicações importantes sobre nosso mundo e como ele funciona. É uma ciência extrema­
mente prática que tem grande impacto no dia-a-dia. De fato, a química encontra-se próxima do cerne de vários
problemas que preocupam a todos: melhoria no tratamento da saúde, conservação dos recursos naturais, proteção
do meio ambiente e suprimento de nossas necessidades diárias de alimentos, vestuário e moradia. Usando a quí­
mica, descobrimos medicamentos que melhoram a saúde e prolongam vidas. Aumentamos a produção de
alimentos por meio do desenvolvimento de fertilizantes e pesticidas. Criamos plásticos e outros materiais que são
usados em todas as áreas. Infelizmente, alguns produtos químicos apresentam grande potencial de causar dano à
(a) Oxigênio
(d) Etanol
t-
(b) Água
(c) Dióxido de carbono (e) Etilenoglicol (f) Aspirina
Figura 1.1 Modelos moleculares. As esferas brancas, pretas e vermelhas representam, respectivamente, os átomos de
hidrogênio, carbono e oxigênio.
saúde ou ao meio ambiente. Nosso maior interesse como cidadãos e consumidores conscientes é entender os pro­
fundos efeitos, tanto positivos quanto negativos, que um produto químico pode provocar e chegar a um consenso
sobre sua utilização.
Entretanto, muitos de vocês estão estudando química não apenas para satisfazer curiosidades ou tornar-se
consumidores ou cidadãos mais informados, mas porque é uma parte indispensável da grade curricular. O curso
pode ser biologia, engenharia, agronomia, geologia ou qualquer outro. Por que tantos temas diferentes contem um
vínculo indispensável com a química? A resposta é que a química, devido à sua própria natureza, é a ciência central.
Nossas interações com o mundo material levantam questões básicas sobre os materiais ao nosso redor. Quais as
suas composições e propriedades? Como eles interagem conosco e com o ambiente? Como, por que e quando eles
sofrem mudanças? Essas questões são importantes quer o material seja parte de chips de alta tecnologia de um
computador, um pigmento antigo usado por um pintor renascentista ou o DNA que transmite informações genéti­
cas em nossos organismos (Figura 1.2). A química fornece respostas para essas e outras incontáveis perguntas.
Estudando química, você aprenderá a usar a linguagem e os conceitos que se têm desenvolvido para descrever
e melhorar o entendimento da matéria. A linguagem da química é uma linguagem científica universal, largamente
utilizada em outras disciplinas. Além disso, o entendimento do comportamento de átomos e moléculas fornece
uma larga compreensão de outras áreas da ciência moderna, tecnologia e engenharia. Por essa razão, a química pro­
vavelmente terá importante papel no seu futuro. Você estará mais bem preparado se ampliar seu entendimento dos
princípios químicos, e é nosso objetivo ajudá-lo a alcançar isso.
1.2 Classificações da matéria
Vamos começar nosso estudo da química examinando algumas formas fundamentais de classificar e descrever
a matéria. As matérias podem ser classificadas de duas maneiras principais: de acordo com seu estado físico (como
gás, líquido ou sólido) e de acordo com sua composição (como elemento, composto ou mistura).
Estados da matéria
Uma amostra de matéria pode ser um gás, um líquido ou um sólido. Essas três formas de matéria são chama­
das de estados da matéria, os quais diferem em algumas de suas propriedades observáveis mais simples. Um gás
(também conhecido como vapor) não tem volume nem forma definida; mais especificamente assume o volume e a
forma do recipiente que o contém. Um gás pode ser comprimido, para ocupar um volume menor, ou expandido,
para ocupar um volume maior. Um líquido tem um volume definido, independentemente do recipiente que o
contém, mas não tem uma forma definida; assume a forma da parte do recipiente que ele ocupa. Um sólido tem
tanto forma quanto volume definidos; é rígido. Nem os líquidos nem os sólidos podem ser comprimidos a qual­
quer escala apreciável.
As propriedades dos estados podem ser entendidas em nível molecular (Figura 1.4). Em um gás, as moléculas
estão muito distantes umas das outras e movem-se com velocidades muito al­
tas, colidindo repetidamente entre si e contra as paredes do recipiente. Em um ANIMAÇAO
líquido, as moléculas estão mais empacotadas, mas ainda se movem rapida­ Fases da matéria
mente, permitindo-lhes desviar-se umas das outras; assim, líquidos vertem-se
facilmente. Em um sólido, as moléculas estão presas entre si, geralmente com
arranjos definidos, nos quais elas podem apenas oscilar superficialmente em suas posições fixas. Portanto, sólidos
têm formas rígidas.
Figura 1.2 (a) Visão de um chip
de computador no microscópio,
(b) Pintura renascentista, A virgem
que lê, de Vittore Carpaccio
(1472-1526). (c) Um filamento
longo de DNA que escapou de
uma célula danificada de certa
bactéria.