Química, o que é?

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Química (do egípcio kēme (chem),
 
significando "terra") é a ciência que trata das substâncias da natureza, dos elementos que a constituem, de suas características, propriedades combinatórias, processos de obtenção, suas aplicações e sua identificação. Estuda a maneira pela qual os elementos se ligam e reagem entre si, bem como a energia desprendida ou absorvida durante estas transformações.
 
História
 

A história da Química está intrinsecamente ligada ao desenvolvimento do homem, já que abarca todas as transformações de matérias e as teorias correspondentes.

A racionalização da Química

Um ponto crucial no desenvolvimento da Química, como ciência, foi a racionalização dos conhecimentos empíricos obtidos, procurando criar leis racionais e simplificar, de forma coerente, as informações obtidas. O princípio de conservação da massa e o entendimento da influência da composição da atmosfera nos experimentos—ambos amplamente disseminados a partir dos trabalhos de A. Lavoisier, no final do século XVIII--permitiram que os experimentos se tornassem cada vez mais rigorosos e precisos, em oposição ao caráter qualitativo das experimentações alquimistas.

A partir desse momento, a medição de massas assume um caráter fundamental na história da Química, tendo sido esse o principal impulsor para o desenvolvimento da balança, a partir da época de Lavoisier, tendo ele próprio construído os equipamentos mais precisos desse período.

A hipótese atomística

Uma das maiores vitórias da Química, devido ao uso de balanças nos experimentos, foi, sem dúvida, devida a John Dalton. Esse cientista inglês ficou intrigado com o fato de que, ao decompor qualquer substância em seus constituintes mais simples, as razões entre as massas das diversas substâncias obtidas poderem ser sempre escritas a partir de números inteiros de pequeno valor, ocorrendo frequentemente razões, do tipo 1:2, 2:3, 5:2 etc.

Com base nesse curioso dado experimental, Dalton propôs, em 1881, um modelo para a constituição da matéria: tais dados seriam facilmente explicados se toda a matéria fosse constituída por unidades indivisíveis, nomeadas de átomo (do grego "indivisível"). Tal conceito, cuja primeira descrição provinha do filósofo grego Demócrito, agora surgia, naturalmente, de medidas quantitativas rigorosas.

 

A racionalização da matéria

A teoria atomística de Dalton teve importantes repercussões. Baseado em dados experimentais, um cientista francês, chamado Joseph Proust, já tinha proposto formalmente o conceito de que toda substância tinha uma composição constante e homogênea. Assim, a água, por exemplo, independente de sua origem, era sempre composta pela mesma proporção de dois gases: oxigênio e hidrogênio. Juntando esse conceito e seus postulados atomísticos, Dalton organizou de forma racional as diversas substâncias conhecidas, criando uma tabela de substâncias que seriam formadas por apenas um tipo de átomo, e substâncias que eram formadas por uma combinação característica de átomos.

Assim, tanto a grafite como os gases hidrogênio e oxigênio, por exemplo, eram formados apenas por um tipo de átomo, enquanto que outras substâncias, como a água, eram formadas pela combinação de dois ou mais átomos, nesse caso, dos elementos hidrogênio e oxigênio (as dificuldades de obter certos dados com uma precisão razoável levaram Dalton a propor erroneamente para a água a fórmula HO, em vez de H2O). Apesar das dificuldades experimentais, Dalton propôs formulas certas para diversos compostos conhecidos na época, tendo seu trabalho revolucionado de forma definitiva o entendimento da matéria.

 

Conceitos fundamentais

Fases ou estados da matéria são conjuntos de configurações que objetos macroscópicos podem apresentar. São três os estados ou fases considerados: sólido, líquido e gasoso. Outros tipos de fases da matéria, como o estado pastoso ou o plasma, são estudados em níveis mais avançados de física.

No estado sólido, considera-se que a matéria do corpo mantém a forma macroscópica e a posição relativa de suas partículas. É particularmente estudado nas áreas da Estática e da Dinâmica. No estado líquido, o corpo mantém a quantidade de matéria e, aproximadamente, o volume; a forma e a posição relativa das partículas não se mantêm. É particularmente estudado nas áreas da Hidrostática e da Hidrodinâmica. No estado gasoso, o corpo mantém apenas a quantidade de matéria, podendo variar, amplamente, a forma e o volume. É particularmente estudado nas áreas da aerostática e da aerodinâmica.

Uma substância possui uma composição característica, determinada, e um conjunto definido de propriedades. Exemplos de substâncias são o cloreto de sódio, a sacarose e o oxigênio, entre outros. Uma substância pode ser formada por um único elemento químico (substância simples), como, por exemplo, o ouro, o ferro ou o cobre, ou por dois ou mais elementos, numa proporção definida (substância composta), como é o caso do cloreto de sódio (39,34% de sua massa é de sódio e 60,66%,de cloro).

Duas ou mais substâncias agrupadas constituem uma mistura, cuja composição e propriedade são variáveis. O leite, por exemplo, é uma mistura.

Denominam-se elemento químico todos os átomos que possuem o mesmo número atômico (Z), ou seja, o mesmo número de prótons.

Um composto químico é uma substância química constituída por moléculas ou cristais de dois ou mais átomos, ou íons, ligados entre si numa proporção fixa e definida, isto é, as proporções entre elementos de uma substância não podem ser alteradas por processos físicos. Por exemplo, a água é um composto formado por hidrogênio e oxigênio, na proporção de dois para um.

Um íon ou ião é uma espécie química eletricamente carregada, geralmente um átomo ou molécula que perdeu ou ganhou elétrons. Íons carregados negativamente são conhecidos como ânions, ou aniões' (que são atraídos para ânodos), enquanto íons carregados positivamente são conhecidos como cátions, ou catiões (que são atraídos por cátodos).

Uma molécula é um conjunto, electricamente neutro, de dois ou mais átomos unidos por pares compartilhados de elétrons (ligações covalentes), que se comportam como uma única partícula. Uma substância que apresente somente ligações covalentes e seja formada por moléculas discretas é chamada de substância molecular, cuja ligação suficientemente forte caracteriza-a com uma identidade estável.

As ligações químicas são uniões estabelecidas entre átomos para formarem as moléculas, que constituem a estrutura básica de uma substância ou composto. Na Natureza, existem, aproximadamente, uma centena de elementos químicos. Os átomos desses elementos químicos, ao se unirem, formam a grande diversidade de substâncias químicas.

Energia química é a energia potencial das ligações químicas entre os átomos. Sua liberação é percebida mais claramente, por exemplo, numa combustão. A energia química é liberada ou absorvida em qualquer reação química.

Uma reação química é uma transformação da matéria, na qual ocorrem mudanças qualitativas na composição química de uma ou mais substâncias reagentes, resultando em um ou mais produtos.

A tabela periódica dos elementos químicos é a disposição sistemática dos elementos, na forma de uma tabela, em função de suas propriedades. É muito útil para se preverem as características e tendências dos átomos.

 

Leis da Química

As reações químicas são governadas por certas leis que trazem conceitos fundamentais em Química. Algumas delas são:

  • Lei da conservação das massas, que, de acordo com alguns físicos modernos, considera que a energia é conservada, e que massa e energia são relacionadas; um conceito que se torna importante em química e física nuclear.
  • Lei da conservação da energia que conduz aos importantes conceitos de equilíbrio, termodinâmica, e cinética.
  • Lei de Proust ou "lei das proporções constantes", embora em muitos sistemas (notadamente macromoléculas bioquímicas e minerais) as variedades possíveis tendem a requerer vastos números, e são freqüentemente representados como frações.
  • Lei das proporções múltiplas
  • Lei de Hess
  • Lei de Beer-Lambert
  • Lei da difusão de Fick
  • Lei de Raoult
  • Lei de Henry
  • Lei de Boyle (1662, relacionando pressão e volume)
  • Lei de Charles (1787, relacionando volume e temperatura)
  • Lei de Gay-Lussac (1809, relacionando pressão e temperatura)
  • Lei de Avogadro

 Áreas de estudo e algumas de suas subdivisões

Antes de adentrarmos nos tópicos e subáreas da Química é preciso refazer o conceito errôneo que existe sobre a mesma. A mídia e os vestibulares fazem da Química uma mera disciplina ou relaciona logo a produto perigoso. É mais fácil divulgar acidentes do que descorbertas. Portanto, temos que nos conscientizar que não existe Química boa e nem Química ruim; tudo depende de quam a utiliza.

A divisão da Química pode ser feita de diversas maneiras.

Por exemplo, a IUPAC divide a química em :

  • Química física e biofísica
  • Química inorgânica
  • Química orgânica e química biométrica
  • Polímeros
  • Química analítica
  • Química e meio ambiente
  • Química e saúde humana
  • Nomenclatura química e representação estrutural

Mais tradicionalmente, a Química pode, também, ser dividida em diversas modalidades:

  • Química orgânica
É a ciência da estrutura, das propriedades, da composição e das reações químicas dos compostos orgânicos que, em principio, são os compostos cujo elemento principal é o carbono. O limite entre a química orgânica e a química inorgânica, que segue, não é sempre nítido; por exemplo, o óxido de carbono (CO) e o anidrido carbônico (CO2) não fazem parte da Química Orgânica.
  • Química inorgânica
É o ramo da Química que trata das propriedades e das reações dos compostos inorgânicos. Neste, é incluída a geoquímica
  • Físico-Química ou Química Física
É o estudo dos fundamentos físicos dos sistemas químicos e dos processos físicos. Em particular, a descrição energética das diversas transformações faz, por exemplo, parte desse ramo da Química. Nela, encontram-se disciplinas importantes, como a termodinâmica química e a termoquímica, a cinética química, a mecânica estatística, a espectroscopia e a eletroquímica.
  • Bioquímica ou Química Biológica
É o estudo dos compostos químicos, das reações químicas e das interações químicas que acontecem nos organismos vivos.Inclui os subramos da química médica, química clínica, química ambiental, toxicologia e bioquímica em si. Guardita relação com os outros ramos da química.
  • Química analítica
É o estudo de amostras de material, para se conhecerem a sua composição química e sua estrutura.
  • Química nuclear
É o estudo dos fenômenos materiais e energéticos que aparecem no nível do núcleo dos átomos.
  • Química dos polímeros
Alguns elementos, como o carbono e o silício, têm a propriedade de poderem formar cadeias repetindo numerosas vezes a mesma estrutura. Essas macromoléculas têm propriedades químicas e físicas exploradas pela indústria.
 
Química em tópicos
  • Química inorgânica - estuda as substâncias inorgânicas.
  • Química orgânica - estuda as substâncias orgânicas.
  • Química analítica - trata da análise química de produtos.
  • Físico-química - estuda as propriedades químicas e físicas da matéria.
  • Bioquímica - trata dos processos químicos relativos aos seres vivos.
  • Química industrial - estudo de reações com interesse em processos industriais (ver verbetes engenharia química e cálculo de reatores).
  • Química ambiental-estuda os processos químicos (mudanças) que ocorrem no meio ambiente
  • Química medicinal - estudo da aplicação da Química ao planejamento, avaliação e síntese de novos fármacos.
  • Química Clínica- estudo e análise da Química e da Bioquímica do ser humano, em seus estados fisiológicos normal ou patológico.
  • Toxicologia- estuda os efeitos adversos das substâncias químicas sobre os organismos
  • Farmacologia- estuda como as substâncias químicas reagem com os organismos vivos
  • Química forense- estuda as aplicações das ciências químicas no âmbito judicial e criminal
  • Petroquímica - trata da obtenção e refinação do petróleo.
  • Mineralogia
  • Engenharia Química - ramo da Engenharia dedicado ao projeto e estudo de Indústrias de Processos Químicos.
  • Cálculo de Reatores - ramo da Engenharia Química que estuda o projeto de conjuntos de reatores industriais.
  • Carboquímica - trata de processos envolvendo o carvão mineral.
  • Catálise química - trata de procedimentos que alteram a cinética das reações.
  • Ciência dos materiais - trata da composição, resistência e durabilidade de materiais.
  • Cinética química - trata da velocidade das reações químicas.
  • Combustão - trata das substâncias usadas na produção de energia.
  • Eletroquímica - trata de reações químicas envolvendo energia elétrica.
  • Estequiometria - Estudo quantitativo acerca dos reagentes e produtos de uma reação química.
  • Química Quântica
  • Operações Unitárias - ramo da Engenharia Química que estuda o projeto de equipamentos industriais de transformações físicas (por exemplo, filtração, destilação, cominuição, decantação, aquecimento), em oposição às Conversões Químicas (Cálculo de Reatores).
  • Termoquímica - trata de reações químicas envolvendo energia térmica.
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