Propriedades Físicas e Químicas

A presente lição servirá para introduzir as definições fundamentais concernentes às propriedades da matéria, sob a ótica dos seus aspetos físicos e químicos. O seu objeto é o treino do aluno em modos de pensamento lógicos e científicos, pelos quais será habilitado a distinguir uma substância de outra com a precisão requerida.

O ferro é aqui apresentado nos seus diversos estados distintos: o minério bruto tal como é extraído da terra, o lingote refinado do metal, e a ferrugem que assinala a sua alteração química.

Propriedades Físicas e Alterações da Matéria

Aqueles atributos pelos quais uma substância pode ser distinguida de outra denominam-se propriedades. Uma propriedade física é uma característica da matéria que não envolve qualquer alteração na sua constituição química. Exemplos comuns de tais qualidades incluem a densidade, a cor, a dureza, as temperaturas de liquefação e de ebulição, e a condutividade elétrica.

Certos destes atributos, tais como a densidade e a cor, podem ser observados enquanto a substância permanece num estado constante. Outros, contudo, manifestam-se apenas quando a matéria sofre uma alteração física, como a fusão do ferro ou a congelação da água. Uma alteração física é uma modificação no estado ou nas propriedades da matéria, sem que ocorra qualquer mudança na sua composição química ou na identidade das substâncias que a constituem.

Observa-se uma alteração física quando a cera sofre liquefação, quando o açúcar encontra a sua dissolução no café, ou quando o vapor se condensa para formar água líquida. Outros exemplos de tais alterações incluem a magnetização e desmagnetização de corpos metálicos, e a redução da matéria sólida a pó por moagem — esta última podendo, por vezes, produzir uma alteração percetível na cor. Em cada um destes casos, embora haja uma mudança no estado físico, na forma ou nas propriedades da substância, a constituição química fundamental permanece inalterada.

Processo de fusão da cera.

Uma vela de cera demonstrando a transição de fase da cera: estados sólido, líquido e sólido.

Processo de destilação da água

A alteração física água líquida–vapor–líquida, conforme o vapor de água é transformado em água líquida no aparelho de destilação.

A transformação de uma espécie de matéria noutra, ou a resistência inerente a tal alteração, constitui uma propriedade química. Incluem-se entre estas propriedades a inflamabilidade, a toxicidade, a acidez, diversas formas de reatividade e o calor de combustão.

A título de ilustração, o ferro combina-se com o oxigénio na presença de humidade para formar ferrugem, enquanto o crómio não exibe tal oxidação. Além disso, enquanto a nitroglicerina é tida como excessivamente perigosa por motivo da sua instabilidade explosiva, o néon apresenta um perigo negligenciável, sendo de uma disposição notavelmente inerte e pouco reativa.

Para a identificação de uma propriedade química, o observador deve presenciar uma alteração química. Tal modificação resulta invariavelmente na produção de uma ou mais espécies de matéria, que diferem na sua essência fundamental das substâncias presentes antes da transformação.

A formação de ferrugem é retamente designada como uma alteração química, pois a ferrugem em si é uma forma distinta de matéria, inteiramente diferente do ferro, do oxigénio e da água de que derivou. De modo semelhante, a detonação da nitroglicerina constitui uma alteração química, dado que os gases resultantes são inteiramente diversos, em espécie, da substância mãe. Outros exemplos de alteração química encontram-se no laboratório — como se observa na ação vigorosa do ácido nítrico sobre o cobre — bem como em todos os modos de combustão, e nos diversos processos pelos quais os alimentos são cozinhados, digeridos ou deixados a sofrer os efeitos da putrefação.

Verifica-se que as propriedades da matéria residem numa de duas categorias distintas. Caso uma propriedade dependa da quantidade de matéria presente, é denominada propriedade extensiva. A massa e o volume servem como exemplos primários desta classe; por exemplo, um galão de leite possui maior massa e volume do que uma simples chávena. O valor de tal propriedade extensiva revela-se diretamente proporcional à quantidade de matéria sob consideração.

Inversamente, se a propriedade de uma amostra for independente da quantidade de matéria presente, é designada como propriedade intensiva. A temperatura providencia uma ilustração apta deste princípio. Caso um galão de leite e uma chávena de leite residam ambos a uma temperatura de 20°C, a sua combinação resultará num volume maior de leite que, não obstante, mantém a temperatura de 20°C.

Considere-se, ademais, as qualidades relacionadas, mas distintas, do calor e da temperatura. Uma simples gota de óleo de cozinha quente salpicada sobre o braço não causa senão um breve e ligeiro desconforto; contudo, uma panela do mesmo óleo produzirá queimaduras da natureza mais grave. Embora tanto a gota como a panela existam à mesma temperatura — sendo esta uma propriedade intensiva — a panela contém claramente uma quantidade de calor muito maior, que é uma propriedade extensiva.

Embora muitos elementos difiram drasticamente nas suas propriedades químicas e físicas, alguns de entre eles exibem comportamentos notavelmente semelhantes. Podemos, assim, identificar grupos de elementos que mostram características comuns. Por exemplo, muitos elementos servem como excelentes condutores de calor e eletricidade, enquanto outros se revelam maus condutores. Tais propriedades permitem a classificação dos elementos em três ordens distintas: metais, que conduzem bem; não-metais, que conduzem mal; e metaloides, que possuem os atributos de ambas as classes.

Tabela Periódica dos Elementos.

A Tabela Periódica ilustra o modo como os elementos podem ser agrupados de acordo com certas propriedades similares. Convém que o aluno observe que a cor de fundo indica se um elemento é classificado como metal, metaloide ou não-metal, enquanto a cor do símbolo químico significa o seu estado de agregação — quer seja sólido, líquido ou gasoso.