Substâncias Químicas: Simples e compostas

Substâncias Químicas: Simples e compostas

Vai participar dos concursos e quer saber um pouquinho mais de química? Vem com a gente! Confira esse artigo que o Estratégia Militares preparou para você sobre Substâncias Químicas: Simples e compostas.

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Substâncias Químicas

Uma substância química é um material que possui:

  • Composição constante: a composição de uma substância deve ser rigorosamente a mesma em qualquer lugar do Universo.

A água destilada ou água pura, por exemplo, é uma substância química. Ela é formada por moléculas H₂O – dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. Essa composição é rigorosamente a mesma em qualquer lugar do Universo.

Por outro lado, a água mineral, que é uma mistura, não apresenta composição constante. Em outras palavras, é possível que a água mineral de uma Fonte A difira da água mineral extraída de uma Fonte B, localizada em outra cidade.

Essa diferença pode se refletir, por exemplo, nas suas propriedades físicas. Vejamos o que acontece quando comparamos dois rótulos de água mineral de fabricantes diferentes.

É possível que as composições das águas minerais obtidas de fontes diferentes sejam diferentes, porque a água mineral não é uma substância pura, mas sim uma mistura.

Porém, se fizermos o processo de destilação em duas amostras diferentes de água mineral, de modo a obter água pura, chegaremos a duas amostras de água pura exatamente iguais em sua composição, pois ela é formada simplesmente por moléculas H₂O em qualquer lugar do Universo.

  • Apresenta propriedades físicas e químicas bem definidas e uniformes ao longo de toda a sua estrutura.

Em outras palavras, se tivermos uma amostra de água pura, ela apresentará rigorosamente a mesma densidade, o mesmo pH, o mesmo ponto de fusão e ebulição, a mesma condutividade elétrica, reagirá da mesma forma etc.

Não haverá absolutamente nenhuma diferença do ponto de vista químico entre duas amostras de água extraídas de locais diferentes.

Exploraremos mais ainda o conceito de Substância na Seção sobre Substância Pura.

Substâncias Químicas: Simples e Compostas

Preste atenção às próximas linhas.

  • Substância Simples: é formada por um único elemento químico. É o caso do hidrogênio (H2), do oxigênio (O2), do ozônio (O3) e do ouro metálico (Au).
  • Substância Composta ou Composto: é formado por mais de um elemento químico. É o caso da água (H2O) e do dióxido de carbono (CO2).

Trata-se de dois conceitos simples, porém, importantes. Logo, convém esquematizar para você não esquecer deles.

Portanto, não caia no erro de confundir os conceitos de “composto” e “substância química”. É muito comum vermos algumas pessoas chamarem “o composto oxigênio” referindo-se à molécula O₂. Porém, o O₂ não é um composto, mas sim uma substância simples. Muito cuidado!

Alotropia

Em muitos casos, um mesmo elemento químico pode formar várias substâncias simples. Essa propriedade é chamada de alotropia. É interessante conhecermos os quatro principais casos, que envolvem o oxigênio (O), o enxofre (S), o carbono (C) e o fósforo (P).

O oxigênio (O) forma duas substâncias simples diferentes: o oxigênio molecular (O2) e o ozônio (O3).

Dentre essas, o oxigênio molecular é a molécula mais estável.

O ozônio somente se forma na presença de correntes elétricas ou de radiação ultravioleta por meio da reação.

A presença de corrente elétrica ou de radiação UV é capaz de quebrar a molécula de oxigênio em dois átomos de oxigênio nascente.

Os átomos de oxigênio nascente são radicais livres extremamente reativos. Eles podem reagir com praticamente qualquer molécula que encontrem pela sua frente.

Quando encontram uma molécula de oxigênio, eles reagem formando ozônio.

As reações mostradas no mecanismo de formação do ozônio a partir do oxigênio molecular podem ser representadas.

O₂(g)uv 2O

O₂ + O → O₃(g)

Repare que o oxigênio molecular e o ozônio se diferenciam pela atomicidade, ou seja, pelo número de átomos presentes nas suas moléculas.

Um caso interessante de alotropia é o do enxofre que forma dois sólidos de estruturas cristalinas diferentes.

Ambos são formados por moléculas S8, porém, o arranjo dessas moléculas é diferente. No enxofre rômbico, que é a forma mais comum e estável, as moléculas estão mais espaçadas, formando um espaço maior. Por outro lado, no enxofre monoclínico, as moléculas são mais apertadas, formando pequenas agulhas bem finas.

Pelas estruturas mostradas, é fácil ver que as moléculas de enxofre rômbico ocupam um volume maior.

É interessante observar que, por volta de 95 °C, ocorre conversão do enxofre rômbico em monoclínico, que passa a ser a forma alotrópica mais estável. Por conta disso, os dois alótropos apresentam a mesma temperatura de ebulição.

MoléculaTemperatura de FusãoTemperatura de Ebulição
Enxofre Rômbico112,8 °C444,6 °C
Enxofre Monoclínico119 °C444,6 °C

Ao se tentar ferver o enxofre rômbico, ele primeiro se transformará em enxofre monoclínico, que efetivamente passará ao estado gasoso. É por isso que ambas as formas alotrópicas apresentam a mesma temperatura de ebulição.

Outro ponto é que o enxofre rômbico é a forma alotrópica mais estável à temperatura ambiente de 25 ºC.

Em geral, quando dizemos que uma forma alotrópica é mais estável que a outra, estamos tomando como referência essa temperatura.

Mais um caso importante a saber é o do fósforo, que pode se apresentar na fórmula de moléculas de fósforo branco (P₄) ou de fósforo vermelho, que é um polímero do fósforo branco, usualmente representado por P4n ou simplesmente por Pn.

A molécula do fósforo branco é formada por quatro átomos de fósforo que estão dispostos nos vértices de um tetraedro.

O fósforo vermelho é formado quebrando uma ligação do tetraedro para que ele possa se ligar ao tetraedro vizinho. Sua estrutura é formada, portanto, pela repetição de várias unidades estruturais do fósforo branco. Por isso, é denominado um polímero.

Existe, ainda, o fósforo preto que é formado por um arranjo tridimensional em que os átomos de fósforo se organizam formando vários hexágonos.

A molécula de fósforo branco é instável porque as ligações formam ângulos de 60° entre si. Com isso, os pares de elétrons dessas ligações estão bastante próximos e se repelem, fenômeno conhecido como tensão angular.

Parte dessa tensão é aliviada no fósforo vermelho, que é o resultado da quebra parcial das ligações do fósforo branco e da formação de um polímero linear. Portanto, o fósforo vermelho é mais estável que o fósforo branco.

Na estrutura de fósforo preto, por sua vez, praticamente toda a tensão angular é aliviada. Portanto, essa forma é a mais estável entre as três. Essa polimerização faz com que o fósforo vermelho seja mais estável. Ele é, inclusive, mais estável que o fósforo branco.

Um último caso de alotropia muito importante que você precisa saber é o do carbono. Normalmente ele forma macromoléculas, das quais se destacam o grafite, o diamante e os fulerenos.

Os fulerenos mais conhecidos são formados por moléculas que possuem 60 átomos de carbono. Formam uma interessante geometria molecular criando um poliedro fechado.

O grafite é formado por vários planos separados entre si. Cada um desses planos é formado por átomos de carbono ligados por anéis hexagonais.

Já o diamante é formado por um cristal cúbico de face centrada em que cada átomo é o centro de um tetraedro cujos vértices são quatro átomos de carbono. Cada um desses quatro átomos de carbono também será o centro de um tetraedro cujos vértices são formados por outros quatro átomos de carbono. E, assim, a estrutura vai crescendo.

Vamos agora resumir os quatro casos de alotropia que vimos e trazer o alótropo mais estável para que você não se esqueça na hora da sua prova.

Elemento AlótroposAlótropo mais Estável
OxigênioOxigênio e OzônioOxigênio molecular (O2)
EnxofreEnxofre rômbico e monoclínico Enxofre rômbico (S8)
FósforoFósforo branco, vermelho e pretoFósforo preto (P)
CarbonoCarbono Diamante, grafite e fulerenosGrafite (C)

O ozônio forma a Camada de Ozônio na estratosfera. Essa camada é conhecida por filtrar radiações ultravioleta provenientes do sol. A radiação ultravioleta é classificada em três categorias conforme o seu comprimento de onda.

Os raios UV-A abrangem o comprimento de onda de 320 a 400 nm, os raios UV-B abrangem o comprimento de onda de 280 nm a 320 nm e os raios UV-C, de 100 a 280 nm. É interessante observar que o espectro visível vai de 400 a 700 nm.

De acordo com a Equação de Planck, quanto menor o comprimento de onda, maior a energia da radiação. Portanto, também será maior o seu poder de penetração.

Esse é o perigo associado aos raios ultra-violeta. Como eles apresentam menor comprimento de onda, a energia que esses raios carregam é grande e eles podem causar maiores danos, como câncer de pele e queimaduras corporais.

Atomicidade

A atomicidade de uma molécula diz respeito ao número de átomos presentes nela. Uma molécula pode ser:

  • Monoatômica: quando é formada por apenas um átomo isolado. É o caso dos gases nobres: He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn; Os gases nobres são os únicos elementos da tabela periódica que são normalmente encontrados na forma de átomos isolados ou moléculas monoatômicas.
  • Diatômica: quando a molécula é formada por dois átomos. É interessante observar que existem algumas moléculas diatômicas que são substâncias simples, como O2, F2 e H2. E que existem algumas moléculas diatômicas que são substâncias compostas, como HCl e CO.
  • Triatômica: quando a molécula é formada por três átomos. Analogamente, existem moléculas triatômicas que são substâncias simples (O3) e existem moléculas triatômicas que são substâncias compostas (H2O e CO2).

Existem ainda outras classificações. Por exemplo, a molécula de fósforo branco (P4) é tetratômica, a molécula de enxofre (S8) é octatômica.

Texto escrito com base nos conteúdos do professor Thiago Cardoso.

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