Sistema é uma porção limitada do universo,
considerada como um todo para efeito de estudo.
Sistema homogêneo ou material homogêneo ou matéria
homogênea é aquele que apresenta as mesmas propriedades em qualquer parte de
sua extensão em que seja examinado.
Sistema heterogêneo ou material heterogêneo ou
matéria heterogênea é aquele que não apresenta as mesmas propriedades em
qualquer parte de sua extensão em que seja examinado.
Fases são as diferentes porções homogêneas,
limitadas por superfícies de separação, que constituem um sistema
heterogêneo.
Os sistemas homogêneos são monofásicos ou unifásicos. Os
sistemas heterogêneos são polifásicos, podendo ser bifásicos, trifásicos,
etc.
Sistema com n componentes sólidos como regra tem
n fases. Sistema com n gases sempre tem uma única fase. Não
existe sistema heterogêneo de dois ou mais gases.
Sistema heterogêneo ou é uma mistura (heterogênea) ou é
uma substância pura em mudança de estado físico.
Sistema homogêneo ou é uma mistura (homogênea) ou é uma
substância pura num único estado físico.
Notas:
- Normalmente quando um material é heterogêneo ele é composto
por várias composições que fazem parte de suas fases, lembrando
que independente da fase, as composições são as mesmas em todas
elas.
-quando dois gases se juntam, eles irão se
formar de maneira homogênea, ou seja, de maneira igual.
- Um sistema homogêneo monofásico é formado a partir de dois
líquidos miscíveis, como por exemplo: água e acetona.
- Um sistema heterogêneo bifásico é formado a partir de dois
líquidos não-miscíveis, como pro exemplo: água e óleo.
- Um sistema heterogêneo, também pode ser formado por dois
sólidos.
- No caso de dois elementos sólidos é formado um sistema
heterogêneo bifásico, como por exemplo: areia e sal. Porém
existem também misturas sólidas homogêneas também denominadas de
solução, como por exemplo: o ouro e o cobre, lembrando também
que a mistura homogênea pode ser chamada de solução.
Mistura é qualquer sistema formado de duas ou mais
substâncias puras, denominadas componentes. Pode ser homogênea ou
heterogênea, conforme apresente ou não as mesmas propriedades em qualquer
parte de sua extensão em que seja examinada.
Toda mistura homogênea é uma solução, por definição.
Mistura comum
A temperatura de uma mistura não permanece constante durante
todo o processo da mudança de estado. Vejamos agora dois
gráficos, um que nos mostra a solidificação de água salgada, e
outro que nos mostra o aquecimento de água doce:
Com isso podemos concluir que uma mistura comum, pode apresentar
tanto ponto de fusão, como ponto de ebulição, ambos podendo ser
variáveis.
Existem misturas que, como exceção, se comportam como se
fossem substâncias puras no processo de fusão, isto é, a temperatura
mantém-se inalterada no início ao fim da fusão. Essas são chamadas
misturas eutéticas.
Existem misturas que, como exceção, se comportam como se
fossem substâncias puras em relação à ebulição, isto é, a temperatura
mantém-se inalterada do início ao fim da ebulição. Essas são chamadas
misturas azeotrópicas.
- Misturas eutéticas
Com relação à fusão e à solidificação, as misturas eutéticas, se
portam exatamente como fossem as substâncias puras, ou seja,
elas têm o seu ponto de fusão constante.
Observando o topo das fusões, notamos que a temperatura da fusão
de um eutético é inferior com relação à dos seus componentes.
Essas misturas se portam como substâncias puras, no processo de
ebulição, portanto seu ponto de ebulição é constante. Quando se
tem uma mistura de 4% de água com 96% de álcool é considerada
uma mistura azeotrópica, permanecendo constante durante todo o
processo de ebulição, sem que o sistema se desfaça em seus
componentes.
Observe o exemplo:
Álcool (96%) e água (4%)
Água pura PE = 100ºC
Álcool puro PE = 78,3ºC
Mistura azeotrópica PE = 78,2ºC
Vejamos a ilustração abaixo:
Se quisermos representar essa mistura graficamente, ficara
assim:
Substância pura é todo material com as seguintes
características:
Unidades estruturais (moléculas, conjuntos iônicos)
quimicamente iguais entre si.
Composição fixa, do que decorrem propriedades fixas,
como densidade, ponto de fusão e de ebulição, etc.
A temperatura se mantém inalterada desde o início até
o fim de todas as suas mudanças de estado físico (fusão,
ebulição, solidificação, etc.).
Pode ser representada por um fórmula porque tem
composição fixa.
Não conserva as propriedades de seus elementos
constituintes, no caso de ser substância pura composta.
As misturas não apresentam nenhuma das características
acima. Essas são as diferenças entre as misturas e as combinações químicas
(substâncias puras compostas).
Não é conhecida nenhuma mistura que seja eutética e
azeotrópica simultaneamente.
Substância simples é toda substância pura formada
de um único elemento químico.
Alotropia é o fenômeno em que um mesmo elemento
químico (átomos de mesmo Z) forma duas ou mais substâncias simples
diferentes.
Elemento
Variedades alotrópicas
Carbono (C)
Diamante (Cn)
Grafite (Cn)
Oxigênio (O)
Oxigênio (O2)
Ozônio (O3)
Fósforo (P)
Fósforo branco (P4)
Fósforo vermelho (Pn)
Enxofre (S)
Enxofre rômbico (S8)
Enxofre monoclínico (S8)
Grandeza molecular
Substância simples
moléculas monoatômicas
gases nobres
moléculas biatômicas
H2, N2, O2,
F2, Cl2, Br2, I2
moléculas triatômicas
O3
moléculas tetratômicas
P4
moléculas octatômicas
S8
moléculas gigantes (macromoléculas)
Pn, Cn, todos os
metais (Nan, Can, Agn)
Diferenças
entre alótropos
O elemento alótropo pode diferenciar-se em:
- na quantidade de átomos que uma molécula de um elemento
contém, por exemplo, oxigênio e ozônio, que são compostos de
moléculas cuja atomicidade é de 2(O2) e 3(O3),
e acontece também entre o fósforo branco (P4), e
fósforo vermelho (Pn).
- na estrutura cristalina – ocorre com o diamante e com a
grafita, os átomos da grafita liga-se a três átomos, e no
diamante cada átomo liga-se a quatro átomos, o que faz com que
as camadas fiquem empilhadas. As formas alotrópicas do enxofre
têm suas moléculas organizadas de formas diferentes.
Em relação aos diamantes, cada átomo está ligado
a outros 4 átomos, já na grafia, cada átomo se liga à 3 outros
átomos.
Propriedades físicas
Existem alguns dados que diferem propriedades físicas dos
alótropos dos elementos. Vejamos:
- O gás oxigênio é incolor, insípido e inodoro, possui uma
densidade: 1,429 g/L, sua temperatura e sua pressão são normais
(TPN) 218,8 ºC, graus de fundição, e 183,0 ºC, grau de ebulição.
- Diferente do gás ozônio, azul pálido, odor irritante.
Densidade 2,144 g/L, temperatura e pressão normais (TPN), 249,6
ºC, grau de fundição, 112,3 ºC, grau de ebulição.
Cristais de exofre rômbico e monoclínico.
Propriedades químicas
Podemos notar que os aspectos energéticos e a velocidade que as
reações ocorrem, diferem às propriedades químicas.
Por exemplo, os dois tipos de fósforos tanto a o vermelho quanto
o branco, reagem com oxigênio em excesso provocando a formação
de anidrido fosfórico; cloro provocando a formação de cloretos,
entre outros.
Entretanto, é válido lembrar que a propriedade branca reage mais
rapidamente que a vermelha. O diamante e a grafita, também
reagem com o oxigênio, provocando a formação de gás carbônico,
porém o aquecimento do diamante libera mais energia que a
grafita.
Estabilidade dos alótropos
A grafita entende-se como sendo mais estável que diamante, o gás
oxigênio é mais estável que ozônio. Isso acontece porque as os
formatos alotrópicos mais estáveis estão presentes na natureza
em maior quantidade.
Para obter o processo inverso, é recomendado o
dispêndio de energia. Vejamos:
Fulerenos
São moléculas de carbono, que contém 60 átomos, divididos de
forma que parece uma esfera, contendo 12 pentágonos e 20
hexágonos. Essa molécula é denominada buckyball. Foram
descobertas também outras moléculas (C90, C120,
entre outras) que são denominadas fulerenos.
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