Matéria é tudo que tem massa e volume, ocupando assim um lugar no espaço, desta forma podemos afirmar que o ar, os metais, a água, a grama, as árvores, as pessoas, os animais, a madeira, o ferro, a areia, o ouro, os planetas e até as estrelas são exemplos de matéria. Toda matéria é feita de átomos, que são partículas muito pequenas.
Energia é a capacidade de realizar um trabalho, movimento ou ação. Tudo o que pode modificar a matéria, como por exemplo, na sua posição, fase de agregação e natureza química. A energia é tudo o que pode provocar ou até mesmo anular movimentos, inclusive causar deformações. Existem vários tipos de energia, um exemplo, seria na forma de calor do sol, chamada de energia térmica.
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Relação entre matéria e energia
Matéria e energia estão inseparavelmente relacionadas, afinal cada objeto contém algum tipo de energia, porém a ideia de energia de um modo geral não apresenta muito significado se não puder ser descrita em termos da substância com a qual está associada, como por exemplo, a energia térmica não existe no vácuo perfeito, e a energia elétrica, reside em particular ou objetos. Einstein explicou a relação entre matéria e energia em 1905, através da fórmula, E = mc², significando:
E – unidades de energia;
m – massa;
c – velocidade da luz;
A formula estabelece uma proporcionalidade entre massa e energia, nos mostrando que quando uma cresce a outra também aumenta, e quando uma diminui a outra decresce. Como exemplo podemos usar 3 x 108 m/s como velocidade da luz, a massa de um quilograma é equivalente a: 1 kg.(3 x 108 m/s)², ou 9 x 108 J.
Classificação dos sistemas
Sistema aberto: capacidade de trocar tanto matéria quanto energia com o meio ambiente, por exemplo, água em um recipiente aberto (a água absorve a energia térmica do ambiente e parte da água sofre evaporação).
Sistema fechado: capacidade de trocar energia com o meio ambiente, o sistema pode ser aquecido ou resfriado, porém sua quantidade de matéria não varia, como exemplo, um refrigerante fechado.
Sistema isolado: não troca matéria nem energia com o sistema, um exemplo aproximado, podemos citar a garrafa térmica. Em tese não existe um sistema completamente isolado.
Propriedades da matéria
Propriedades são determinadas características que vão definir a espécie de matéria. Podem ser divididas em três grupos: gerais, funcionais e específicas.
- Propriedades Gerais: são inerentes a toda espécie de matéria.
- Massa: mede a quantidade de matéria;
- Extensão: é o espaço que a matéria ocupa, o seu volume.
- Inércia: propriedade que mantém os corpos em estado de movimento ou repouso inalterado, a não ser que alguma força interfira e modifique esse estado.
- Impenetrabilidade: duas porções de matéria não podem ocupar o mesmo lugar no espaço, simultaneamente.
- Divisibilidade: toda matéria pode ser dividida, até um certo limite que chamamos de átomos. Até o átomo é possível realizar a divisão sem alterar a sua constituição.
- Compressibilidade: sob a ação de forças externas, o volume de uma porção de matéria pode diminuir.
- Elasticidade: dentro de um limite, uma ação de forma pode causar deformação da matéria, e assim que a força parar de agir, a mesma matéria retornará a sua forma original.
- Porosidade: existem espaços (poros) entre as partículas de determinada matéria, tornando-a mais ou menos densa.
Propriedades funcionais
Em determinados grupos de matéria, são identificados pela função que desempenham, por exemplo: bases, ácidos, sais, álcoois, óxidos, aldeídos, cetonas, entre outros.
Propriedades específicas
São propriedades individuais, de cada tipo de matéria, podem ser: organolépticas, químicas ou físicas.
Esta dualidade de onda e partícula é uma chave, e ao mesmo tempo um quebra-cabeça, na Física, e os cientistas admitem francamente que estão longe de compreendê-lo completamente. Talvez o leitor venha um dia a desempenhar papel importante na resolução deste segredo fundamental da natureza.Energia é a capacidade de realizar trabalho, é tudo o que pode modificar a matéria, por exemplo, na sua posição, fase de agregação, natureza química. È também tudo que pode provocar ou anular movimentos e causar deformações.
Formas de Energia
Energia Cinética
Energia cinética é a energia associada ao movimento e depende da massa (m) e da velocidade (v) de um corpo.
É calculada pela expressão:
E = m.v2
2
Energia Potencial
É aquela que se encontra armazenada num determinado sistema e que pode ser utilizada a qualquer momento para realizar uma tarefa.
Existem dois tipos de energia potencial: a elástica e a gravitacional.
- A energia potencial gravitacional está relacionada com uma altura (h) de um corpo em relação a um determinado nível de referência.
É calculada pela expressão: Epg = p.h ou Epg = m.g.h
- A energia potencial elástica está associada a uma mola ou a um corpo elástico.
É calculada pela expressão:
Epe = k.x22
K= Constante da mola (varia para cada tipo de mola, por exemplo a constante da mola de um espiral de caderno é bem menor que a constante da mola de um amortecedor de caminhão)
X= Variação no tamanho da mola
Energia MecÂNica Total
A energia mecânica total de um corpo é constante e é dada pela soma das energias cinética e potencial.
É calculada pela expressão: Em = Ec + Ep
Obs.: No Sistema Internacional de Unidades (SI), a energia é expressa em joule (J).
Obs II.: Existem outra formas de energia: energia elétrica, térmica, luminosa, química, nuclear, magnética, solar (radiante).
Lei da Conservação da Energia
A energias não pode ser criada nem destruída. Sempre que desaparece uma quantidade de uma classe de energia, uma quantidade exatamente igual de outra(s) classe(s) de energia é (são) produzida(s).
Classificação dos Sistemas
A partir das noções de matéria e energia, podemos classificar os sistemas em função da sua capacidade de trocar matéria e energia com o meio ambiente.
Sistema Aberto
Tem a capacidade de trocar tanto matéria quanto energia com o meio ambiente.
Ex.: água em um recipiente aberto (a água absorve a energia térmica do meio ambiente e parte dessa água sofre evaporação).
Sistema Fechado
Tem a capacidade de trocar somente energia com o meio ambiente. Esse sistema pode ser aquecido ou resfriado, mas a sua quantidade de matéria não varia.
Ex.: Um refrigerante fechado.
Sistema Isolado
Não troca matéria nem energia com o sistema.
Obs.: a rigor não existe um sistema completamente isolado.
Ex.: um exemplo aproximado desse tipo de sistema é a garrafa térmica.
Propriedades da Matéria
Propriedades são determinadas características que, em conjunto, vão definir a espécie de matéria.
Podemos dividi-las em 3 grupos: gerais, funcionais e específicas.
Propriedades Gerais
São propriedades inerentes a toda espécie de matéria.
- Massa: é a medida da quantidade de matéria.
Obs.: é importante saber a diferença entre massa e peso. O peso de um corpo é a força de atração gravitacional sofrida pelo mesmo, ou seja, é a força de atração que o centro da terra exerce sobre a massa dos corpos. O peso de um corpo irá varia em função da posição que ele assumir em relação ao centro da terra, enquanto a massa é uma medida invariável em qualquer local. Em Química trabalhamos preferencialmente com massa.
- Extensão: é o espaço que a matéria ocupa, o seu volume.
- Inércia: é a propriedade que os corpos têm de manter o seu estado de movimento ou de repouso inalterado, a menos que alguma força interfira e modifique esse estado.
Obs.: a massa de um corpo está associada à sua inércia, isto é, a dificuldade de fazer variar o seu estado de movimento ou de repouso, portanto, podemos definir massa como a medida da inércia.
- Impenetrabilidade: duas porções de matéria não podem ocupar, simultaneamente, o mesmo lugar no espaço.
- Divisibilidade: toda matéria pode ser dividida sem alterar a sua constituição, até um certo limite ao qual chamamos de átomo.
- Compressibilidade: sob a ação de forças externas, o volume ocupado por uma porção de matéria pode diminuir.
Obs.: de uma maneira geral os gases são mais compressíveis que os líquidos e estes por sua vez são mais compressíveis que os sólidos.
- Elasticidade: Dentro de um certo limite, se a ação de uma força causar deformação da matéria, ela retornará à forma original assim que essa força deixar de agir.
- Porosidade: a matéria é descontínua. Isso quer dizer que existem espaços (poros) entre as partículas que formam qualquer tipo de matéria. Esses espaços podem ser maiores ou menores, tornando a matéria mais ou menos densa.
Ex.: a cortiça apresenta poros maiores que os poros do ferro, logo a densidade da cortiça é bem menor que a densidade do ferro.
Propriedades Funcionais
São propriedades comuns a determinados grupos de matéria, identificados pela função que desempenham.
Ex.: ácidos, bases, sais, óxidos, álcoois, aldeídos, cetonas.
Propriedades Específicas
São propriedades individuais de cada tipo particular de matéria.
Podem ser: organolépticas, químicas ou físicas.
I- Organolépticas
São propriedades capazes de impressionar os nossos sentidos, como a cor, que impressiona a visão, o sabor, que impressiona o paladar, o odor que impressiona o nosso olfato e a fase de agregação da matéria (sólido, líquido, gasoso, pastoso, pó), que impressiona o tato.
Ex.: água pura (incolor, insípida, inodora, líquida em temperatura ambiente)
barra de ferro (brilho metálico, sólida)
II - Químicas
Responsáveis pelos tipos de transformação que cada matéria é capaz de sofrer. Relacionam-se à maneira de reagir de cada substância.
Ex.: oxidação do ferro, combustão do etanol.
III - Físicas
São certos valores encontrados experimentalmente para o comportamento de cada tipo de matéria quando submetidas a determinadas condições. Essas condições não alteram a constituição da matéria, por mais diversas que sejam. As principais propriedades físicas da matéria são:
- Pontos de fusão e solidificação
São as temperaturas nas quais a matéria passa da fase sólida para a fase líquida e da fase líquida para a sólida respectivamente, sempre em relação a uma determinada pressão atmosférica.
Obs.: a pressão atmosférica (pressão exercida pelo ar atmosférico) quando ocorre a 0° C, ao nível do mar e a 45° de latitude, recebe o nome de pressão normal, à qual se atribuiu, convencionalmente, o valor de 1 atm.
Ex.: água 0° C; oxigênio -218,7° C; fósforo branco 44,1° C
Ponto de fusão normal: é a temperatura na qual a substância passa da fase sólida para a fase líquida, sob pressão de 1atm. Durante a fusão propriamente dita, coexistem essas duas fases. Por isso, o ponto de solidificação normal de uma substância coincide com o seu ponto de fusão normal.
- Pontos de ebulição e condensação
São as temperaturas nas quais a matéria passa da fase líquida para a fase gasosa e da fase gasosa para a líquida respectivamente, sempre em relação a uma determinada pressão atmosférica.
Ex.: água 100° C; oxigênio -182,8° C; fósforo branco 280° C.
Ponto de ebulição normal: é a temperatura na qual a substância passa da fase líquida à fase gasosa, sob pressão de 1 atm. Durante a ebulição propriamente dita, coexistem essas duas fases. Por isso, o ponto de condensação normal de uma substância coincide com o seu ponto de ebulição normal.
é a relação entre a massa e o volume ocupado pela matéria.
Ex.: água 1,00 g/cm3; ferro 7,87 g/cm3.
- Coeficiente de solubilidade
É a quantidade máxima de uma matéria capaz de se dissolver totalmente em uma porção padrão de outra matéria (100g, 1000g), numa temperatura determinada.
Ex.: Cs KNO3 = 20,9g/100g de H2O (10° c)
Cs KNO3 = 31,6g/100g de H2O (20° c)
Cs Ce2(SO4)3 = 20,0g/100g DE H2O (0° c)
Cs Ce2(SO4)3 = 10,0g/100g DE H2O (25° c)
É a resistência que a matéria apresenta ao ser riscada por outra. Quanto maior a resistência ao risco mais dura é a matéria.
Entre duas espécies de matéria, X e Y, decidimos qual é a de maior dureza pela capacidade que uma apresenta de riscar a outra. A espécie de maior dureza, X, Risca a de menor dureza, Y. Podemos observar esse fato, porque sobre a matéria X, mais dura, fica um traço da matéria Y, de menor dureza.
SUBSTÂNCIADUREZASUBSTÂNCIADUREZATALCO01FELDSPATO06GIPSITA02QUARTZO07CALCITA03TOPÁZIO08FLUORITA04CORÍNDON09APATITA05DIAMANTE10É a resistência que a matéria apresenta ao choque mecânico, isto é, ao impacto. Dizemos que um material é tenaz quando ele resiste a um forte impacto sem se quebrar.
Observe que o fato de um material ser duro não garante que ele seja tenaz; são duas propriedades distintas. Por exemplo: o diamante, considerado o material mais duro que existe, ao sofrer um forte impacto quebra-se totalmente.
É a capacidade que a matéria possui de refletir a luz que incide sobre ela. Quando a matéria não reflete luz, ou reflete muito pouco, dizemos que ela não tem brilho. Uma matéria que não possui brilho, não é necessariamente opaca e vice-versa. Matéria opaca é simplesmente aquela que não se deixa atravessar pela luz. Assim, uma barra de ouro é brilhante e opaca, pois reflete a luz sem se deixar atravessar por ela.
AS FASES DE AGREGAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS
Fase Sólida
A característica da fase sólida é a rigidez. As substâncias apresentam maior organização de suas partículas constituintes, devido a possuir menor energia. Essas partículas formam estruturas geométricas chamada retículos cristalinos. Apresenta forma invariável e volume constante.
Fase Líquida
A característica da fase líquida é a fluidez. As partículas se apresentam desordenadas e com certa liberdade de movimento. Apresentam energia intermediária entre as fases sólida e gasosa. Possuem forma variável e volume constante.
Fase Gasosa
A característica da fase gasosa é o caos. Existem grandes espaços entre as partículas, que apresentam grande liberdade de movimento. É a fase que apresenta maior energia. Apresenta forma e volume variáveis.
Mudanças De Fases Das Substâncias
O estado de agregação da matéria pode ser alterado por variações de temperatura e de pressão, sem que seja alterada a composição da matéria. Cada uma destas mudanças de estado recebeu uma denominação particular:
- Fusão: é a passagem da fase sólida para a líquida.
- Vaporização: é a passagem do estado líquido para o estado gasoso.
Obs.: a vaporização pode receber outros nomes, dependendo das condições em que o líquido se transforma em vapor.
Evaporação: é a passagem lenta do estado líquido para o estado de vapor, que ocorre predominantemente na superfície do líquido, sem causar agitação ou o surgimento de bolhas no seu interior. Por isso, é um fenômeno de difícil visualização.
Ex.: bacia com água em um determinado local, roupas no varal.
Ebulição: é a passagem rápida do estado líquido para o estado de vapor, geralmente obtida pelo aquecimento do líquido e percebida devido à ocorrência de bolhas.
Ex.: fervura da água para preparação do café.
Calefação: é a passagem muito rápida do estado líquido para o estado de vapor, quando o líquido se aproxima de uma superfície muito quente.
Ex.: Gotas de água caindo sobre uma frigideira quente.
- Sublimação: é a passagem do estado sólido diretamente para o estado gasoso e vice-versa.
Obs.: alguns autores chamam de ressublimação a passagem do estado de vapor para o estado sólido.
- Liquefação ou condensação: é a passagem do estado gasoso para o estado líquido.
- Solidificação: é a passagem do estado líquido para o estado sólido.
Observe o esquema abaixo:
Diferença Entre Gás e Vapor
Vapor: Designação dada à matéria no estado gasoso, quando é capaz de existir em equilíbrio com o líquido ou com o sólido correspondente, podendo sofrer liquefação pelo simples abaixamento de temperatura ou aumento da pressão.
Gás: Fluido, elástico, impossível de ser liquefeito só por um aumento de pressão ou só por uma diminuição de temperatura, o que o diferencia do vapor.