Química IGCSE (0620) decorre desde os estados da matéria e a estrutura atómica através da estequiometria, eletroquímica, energia, taxas, ácidos e bases, a Tabela Periódica, metais, química ambiental e química orgânica, terminando com técnicas experimentais e análise.
A estequiometria decide as notas. Aparece nas suas próprias questões e novamente dentro de eletroquímica, energia e taxas, por isso o tempo gasto em mols paga várias vezes.
A outra perda confiável são as equações: desbalanceadas, faltando símbolos de estado, ou uma equação iónica escrita por extenso. Existem papéis para seis componentes, divididos entre Básico e Avançado — confirma qual estás a fazer antes de reveres.
The three states of matter · Os três estados da matéria
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 State the distinguishing properties of solids, liquids and gases
2 Describe the structures of solids, liquids and gases in terms of particle separation, arrangement and motion
3 Describe changes of state in terms of melting, boiling, evaporating, freezing and condensing
5 Explain changes of state in terms of kinetic particle theory, including the interpretation of heating and cooling curves
4 Describe the effects of temperature and pressure on the volume of a gas
6 Explain, in terms of kinetic particle theory, the effects of temperature and pressure on the volume of a gas
Português
Central
Suplementar
1 Enunciar as propriedades distintivas de sólidos, líquidos e gases
2 Descrever as estruturas de sólidos, líquidos e gases em termos de separação de partículas, arranjo e movimento
3 Descreva alterações de estado em termos de fusão, ebulição, evaporação, congelamento e condensação
5 Explique as alterações de estado em termos da teoria cinética das partículas, incluindo a interpretação de curvas de aquecimento e resfriamento
4 Descreva os efeitos da temperatura e da pressão sobre o volume de um gás
6 Explique, em termos da teoria cinética das partículas, os efeitos da temperatura e da pressão sobre o volume de um gás
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Solid, liquid, gas: particle motion
Everything around you is made of tiny particles 粒子 — these can be atoms 原子, molecules 分子, or ions 离子. The kinetic particle theory 粒子动理论 says these particles are always moving. How close the particles are, how they are arranged, and how they move decides whether matter is a solid 固体, a liquid 液体, or a gas 气体.
Properties you can observe
You do not need a microscope to tell the three states apart. They behave in different ways:
A solid has a fixed shape and a fixed volume 体积. It does not flow and you cannot compress 压缩 it (squeeze it smaller).
A liquid has a fixed volume but no fixed shape. It flows and takes the shape of its container. It is almost impossible to compress.
A gas has no fixed shape and no fixed volume. It flows and spreads out to fill the whole container. A gas is easy to compress.
The table below sums up these properties. Density 密度 means how much mass 质量 is packed into a given volume.
Property
Solid
Liquid
Gas
Shape
fixed
takes the shape of the container
fills the whole container
Volume
fixed
fixed
fills the whole container
Can it be compressed?
no
almost none
yes, easily
Does it flow?
no
yes
yes
Density
high
high
low
The particle picture
The kinetic particle theory explains these properties by looking at three things: the separation 间距 of the particles (how far apart they are), their arrangement 排列 (the pattern), and their motion 运动 (how they move).
Solid
Liquid
Gas
Separation
touching, very close
close together
far apart
Arrangement
regular 规则 pattern
random, no pattern
random, no pattern
Motion
vibrate 振动 about fixed positions
move and slide past each other
move quickly in all directions
Strong forces of attraction 引力 hold the particles together. In a solid these forces are strong enough to hold every particle in place, so a solid keeps its shape. In a liquid the forces are weaker, so particles can move around. In a gas the particles move so fast that the forces hardly act at all, so the gas spreads out.
Português
Sólido, líquido, gás: movimento das partículas
Tudo ao seu redor é feito de pequenas partículas 粒子 — estas podem ser átomos 原子, moléculas 分子 ou íons 离子. A teoria cinética das partículas 粒子动理论 diz que essas partículas estão sempre em movimento. Como as partículas estão próximas, como são organizadas e como se movem decide se a matéria é um sólido 固体, um líquido 液体 ou um gás 气体.
Propriedades observáveis
Você não precisa de um microscópio para diferenciar os três estados. Eles se comportam de maneira diferente:
Um sólido tem forma fixa e volume 体积 fixo. Não flui e você não pode compress 压缩 (apertá-lo para menores).
Um líquido tem volume fixo, mas não tem forma fixa. Flui e assume a forma de seu recipiente. É quase impossível comprimi-lo.
Um gás não tem forma fixa nem volume fixo. Flui e espalha-se para preencher todo o recipiente. Um gás é fácil de comprimir.
A tabela abaixo resume essas propriedades. Densidade 密度 significa quanto massa 质量 está compactada em um determinado volume.
Propriedade
Sólido
Líquido
Gás
Forma
fixa
assume a forma do recipiente
preenche todo o recipiente
Volume
fixo
fixo
preenche todo o recipiente
Pode ser comprimido?
não
quase nada
sim, facilmente
Flui?
não
sim
sim
Densidade
alta
alta
baixa
A imagem das partículas
A teoria cinética das partículas explica essas propriedades olhando para três coisas: a separação 间距 das partículas (o quão distantes estão), sua arranjo 排列 (o padrão) e seu movimento 运动 (como se movem).
Sólido
Líquido
Gás
Separação
tocando, muito próximas
juntas
distantes
Arranjo
padrão regular 规则
aleatório, sem padrão
aleatório, sem padrão
Movimento
vibram 振动 em posições fixas
movem-se e deslizam umas pelas outras
movem-se rapidamente em todas as direções
Fortes forças de atração 引力 mantêm as partículas unidas. Em um sólido, essas forças são fortes o suficiente para manter cada partícula no lugar, então um sólido mantém sua forma. Em um líquido, as forças são mais fracas, então as partículas podem se mover. Em um gás, as partículas movem-se tão rápido que as forças praticamente não atuam, então o gás se espalha.
As partículas são empacotadas e regulares em um sólido, próximas e aleatórias em um líquido, e distantes em um gás
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Estados da matéria
Aqueça a caixa e observe as partículas se soltarem: um sólido vibrante derrete em um líquido fluente, depois se espalha como um gás. Mesmas partículas — apenas mais energia.
When you heat or cool a substance, it can change from one state to another. You must know the name of each change.
Change
What happens
Name
solid → liquid
melting 熔化
melting
liquid → solid
freezing 凝固
freezing
liquid → gas (at the surface, below the boiling point)
evaporating 蒸发
evaporation
liquid → gas (all through the liquid)
boiling 沸腾
boiling
gas → liquid
condensing 凝结
condensation
A pure solid melts at one fixed temperature, the melting point 熔点. A pure liquid boils at one fixed temperature, the boiling point 沸点. The same substance freezes at its melting point and condenses at its boiling point.
A few substances change straight from solid to gas without melting first. This is called sublimation 升华. In the photo below, warmed solid iodine in a beaker turns directly into a purple gas; the gas then cools on the round flask of ice above and turns back into a solid.
Explaining changes of state with the particle theory
Each change of state is really a change in the energy 能量 of the particles.
When you heat a solid, the particles gain energy and vibrate faster. At the melting point the particles have enough energy to break away from their fixed places and slide around — the solid melts.
When you heat a liquid, the particles move faster. At the boiling point they have enough energy to fully escape the forces of attraction and become a gas.
Cooling does the opposite. The particles lose energy, move more slowly, and the forces of attraction pull them back together.
During a change of state the energy goes into breaking the forces of attraction, not into making the particles move faster. This is why the temperature stays the same while a substance is melting or boiling.
Heating and cooling curves
A heating curve 加热曲线 is a graph of temperature against time as you heat a substance steadily. A cooling curve 冷却曲线 is the same graph as the substance cools.
On a heating curve there are two flat (level) parts:
The first flat part is at the melting point. Here solid and liquid are both present. The heat energy breaks the forces holding the solid together, so the temperature does not rise.
The second flat part is at the boiling point. Here liquid and gas are both present, and the temperature again stays constant.
A cooling curve is the reverse. It has a flat part at the boiling point (the gas condenses) and a flat part at the melting point (the liquid freezes). As the particles slow down, thermal energy 热能 is released to the surroundings.
Português
Gelo derretendo em água: uma mudança de estado à medida que o sólido aquece.
Ao aquecer ou esfriar uma substância, ela pode mudar de um estado para outro. Você precisa saber o nome de cada mudança.
Mudança
O que acontece
Nome
sólido → líquido
derretimento 熔化
fusão
líquido → sólido
congelamento 凝固
congelamento
líquido → gás (na superfície, abaixo do ponto de ebulição)
evaporação 蒸发
evaporação
líquido → gás (por todo o líquido)
ebulição 沸腾
ebulição
gás → líquido
condensação 凝结
condensação
Um sólido puro derrete a uma temperatura fixa, o ponto de fusão 熔点. Um líquido puro ebule a uma temperatura fixa, o ponto de ebulição 沸点. A mesma substância congela em seu ponto de fusão e condensa em seu ponto de ebulição.
Aquecimento: sólido → líquido → gás; resfriamento inverte cada mudança
Alguns poucos substâncias mudam diretamente de sólido para gás sem primeiro derreter. Isso é chamado de sublimação 升华. Na foto abaixo, iodo sólido aquecido em um béquer transforma-se diretamente em gás roxo; o gás então esfria no balão redondo de gelo acima e volta a ser sólido.
Iodo sólido aquecido transforma-se diretamente em um gás roxo (sublimação)O exemplo cotidiano: o gelo seco é dióxido de carbono sólido, e ele sublima também — nunca deixa uma poça
Explicando mudanças de estado com a teoria das partículas
Cada mudança de estado é realmente uma mudança na energia 能量 das partículas.
Quando você aquece um sólido, as partículas ganham energia e vibram mais rápido. No ponto de fusão, as partículas têm energia suficiente para se soltar de seus lugares fixos e deslizar ao redor — o sólido derrete.
Quando você aquece um líquido, as partículas se movem mais rápido. No ponto de ebulição, elas têm energia suficiente para escapar completamente das forças de atração e se tornarem um gás.
O resfriamento faz o oposto. As partículas perdem energia, movem-se mais lentamente e as forças de atração as puxam de volta para junto.
Durante uma mudança de estado, a energia é usada para romper as forças de atração, não para fazer as partículas se moverem mais rápido. É por isso que a temperatura permanece constante enquanto uma substância está derretendo ou fervendo.
Curvas de aquecimento e resfriamento
Uma curva de aquecimento 加热曲线 é um gráfico de temperatura contra tempo à medida que você aquece uma substância uniformemente. Uma curva de resfriamento 冷却曲线 é o mesmo gráfico, mas enquanto a substância esfria.
Em uma curva de aquecimento, há duas partes planas (horizontais):
A primeira parte plana está no ponto de fusão. Aqui, sólido e líquido estão ambos presentes. A energia térmica rompe as forças que mantêm o sólido unido, então a temperatura não sobe.
A segunda parte plana está no ponto de ebulição. Aqui, líquido e gás estão ambos presentes, e a temperatura novamente permanece constante.
Uma curva de resfriamento é o inverso. Ela tem uma parte plana no ponto de ebulição (o gás condensa) e uma parte plana no ponto de fusão (o líquido congela). À medida que as partículas desaceleram, energia térmica 热能 é liberada para o ambiente.
A temperatura permanece constante nos pontos de fusão e ebulição enquanto as forças de atração são rompidas
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Aquecendo uma substância através de seus estados
Aumente a temperatura. Adicionar calor dá mais energia às partículas até que elas se soltem — e a temperatura pausa em cada mudança de estado enquanto a energia realiza esse trabalho.
Gases: temperature, pressure and volume · Gases: temperatura, pressão e volume
English
A gas pushes on the walls of its container. This push, spread over the area of the wall, is the pressure 压强 of the gas. Pressure comes from the gas particles hitting the walls.
Effect of temperature
If you heat a fixed mass of gas while keeping the pressure the same, its volume increases.
Using the particle theory: heating gives the particles more kinetic energy 动能, so they move faster. They hit the walls harder and more often. To keep the pressure the same, the gas must take up more space, so the volume gets bigger.
If instead the volume is fixed (a sealed, rigid container), heating the gas makes the pressure rise, because the faster particles collide 碰撞 with the walls harder and more often.
Effect of pressure
If you increase the pressure on a fixed mass of gas while keeping the temperature the same, its volume decreases. Squeezing the gas into a smaller space means the particles hit the walls more often, which is what a higher pressure means.
Português
Um gás empurra as paredes do seu recipiente. Esse empurrão, distribuído sobre a área da parede, é a pressão 压强 do gás. A pressão vem das partículas do gás batendo nas paredes.
Efeito da temperatura
Se você aquecer uma massa fixa de gás mantendo a pressão constante, seu volume aumentará.
Um gás aquecido: partículas mais rápidas se espalham e ocupam mais espaço
Usando a teoria das partículas: aquecer dá às partículas mais energia cinética 动能, então elas se movem mais rápido. Elas batem nas paredes com mais força e frequência. Para manter a pressão constante, o gás deve ocupar mais espaço, então o volume fica maior.
Se, em vez disso, o volume for fixo (um recipiente selado e rígido), aquecer o gás aumenta a pressão, porque as partículas mais rápidas colidem 碰撞 com as paredes com mais força e frequência.
Efeito da pressão
Se você aumentar a pressão sobre uma massa fixa de gás mantendo a temperatura constante, seu volume diminuirá. Apertar o gás em um espaço menor significa que as partículas batem nas paredes com mais frequência, o que é o que significa uma pressão maior.
Apertar um gás em um volume menor faz as partículas baterem nas paredes com mais frequência, assim a pressão aumenta
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Gases, pressão & volume
p = k / V
Comprima o volume e a pressão sobe (Lei de Boyle).
1 Describe and explain diffusion in terms of kinetic particle theory
2 Describe and explain the effect of relative molecular mass on the rate of diffusion of gases
Português
Central
Suplementar
1 Descreva e explique a difusão em termos da teoria cinética das partículas
2 Descreva e explique o efeito da massa molecular relativa na taxa de difusão de gases
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Diffusion: random motion, one-way flow
Diffusion 扩散 is the spreading of particles from a region where they are crowded to a region where they are spread out — that is, from high concentration 浓度 to low concentration. It happens because particles are always moving in random directions.
Diffusion explains why you can smell food from across a room: the smell particles move and mix with the air until they reach your nose. Diffusion happens in gases and in liquids, but not in solids, because solid particles cannot move from place to place.
Rate of diffusion and molecular mass
Lighter gas particles move faster than heavier ones at the same temperature. So a gas with a smaller relative molecular mass 相对分子质量 (a smaller mass for each molecule) has a faster rate 速率 of diffusion.
A classic experiment shows this. Cotton wool soaked in ammonia 氨气 ($\text{NH}_3$) is put at one end of a long glass tube. Cotton wool soaked in hydrogen chloride 氯化氢 ($\text{HCl}$) is put at the other end. Both gases diffuse along the tube and meet to form a white ring of ammonium chloride 氯化铵 ($\text{NH}_4\text{Cl}$).
Ammonia has $M_r = 17$ and hydrogen chloride has $M_r = 36.5$. Ammonia is lighter, so it diffuses faster and travels further along the tube. The white ring forms nearer the hydrogen chloride end.
Worked example. Bromine ($M_r = 160$) and ammonia ($M_r = 17$) are released at the same moment from opposite ends of a long tube. Which travels further before they meet? Compare the relative molecular masses. Ammonia's $M_r$ is far smaller, so its molecules move faster at the same temperature and it diffuses more quickly. Ammonia therefore travels the greater distance, and the two gases meet nearer the bromine end. The rule is always "lighter means faster" - argue from $M_r$, never from how big the formula looks on paper.
Português
Difusão: movimento aleatório, fluxo unidirecional
Difusão 扩散 é a dispersão de partículas de uma região onde estão aglomeradas para uma região onde estão espalhadas — isto é, de alta concentração 浓度 para baixa concentração. Isso acontece porque as partículas estão sempre se movendo em direções aleatórias.
As partículas difundem de alta para baixa concentração até ficarem uniformemente espalhadas
A difusão explica por que você pode cheirar comida do outro lado de uma sala: as partículas do odor se movem e se misturam com o ar até chegarem ao seu nariz. A difusão ocorre em gases e líquidos, mas não em sólidos, porque as partículas sólidas não podem se mover de um lugar para outro.
Taxa de difusão e massa molecular
Partículas de gás mais leves movem-se mais rápido que as mais pesadas na mesma temperatura. Portanto, um gás com menor massa molecular relativa 相对分子质量 (uma massa menor para cada molécula) tem uma taxa 速率 de difusão mais rápida.
Um experimento clássico mostra isso. Algodão embebido em amônia 氨气 ($\text{NH}_3$) é colocado em uma extremidade de um tubo de vidro longo. Algodão embebido em cloreto de hidrogênio 氯化氢 ($\text{HCl}$) é colocado na outra extremidade. Ambos os gases difundem ao longo do tubo e se encontram formando um anel branco de cloreto de amônio 氯化铵 ($\text{NH}_4\text{Cl}$).
A amônia tem $M_r = 17$ e o cloreto de hidrogênio tem $M_r = 36.5$. A amônia é mais leve, então ela difunde mais rápido e percorre uma distância maior ao longo do tubo. O anel branco forma-se mais próximo da extremidade do cloreto de hidrogênio.
A amônia ($M_r=17$) é mais leve, então difunde mais rápido e mais longe; o anel branco forma-se mais próximo da extremidade HCl
Exemplo resolvido. Bromo ($M_r = 160$) e amônia ($M_r = 17$) são liberados simultaneamente das extremidades opostas de um tubo longo. Qual percorre uma distância maior antes de se encontrarem? Compare as massas moleculares relativas. A massa molecular relativa da amônia ⟨$M_r$⟩ é muito menor, então suas moléculas se movem mais rápido na mesma temperatura e difundem mais rapidamente. Portanto, a amônia percorre uma distância maior, e os dois gases se encontram mais próximo da extremidade do bromo. A regra é sempre "mais leve significa mais rápido" - argumente com base em $M_r$, nunca no tamanho da fórmula no papel.
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Difusão
Libere a nuvem e as partículas se espalham sozinhas do canto lotado até preencherem a caixa uniformemente — difusão, acelerada pelo calor.
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Difusão
Defina a concentração em cada lado. As partículas espalham-se da concentração alta para a baixa até ficarem uniformemente misturadas.
During melting and boiling the temperature stays constant (the flat parts of a heating curve), because the energy breaks the forces between particles instead of making them move faster.
Evaporation happens only at the surface and at any temperature; boiling happens throughout the liquid at one fixed temperature.
Explain gas behaviour with the particle theory: heating a gas at fixed volume raises the pressure because the particles hit the walls harder and more often — the particles themselves do not get bigger.
Diffusion is faster for lighter particles (smaller $M_r$) and cannot happen in solids. In the ammonia/hydrogen chloride tube the lighter ammonia travels further, so the white ring forms nearer the HCl end.
Português
Durante a fusão e ebulição, a temperatura permanece constante (as partes planas de uma curva de aquecimento), porque a energia rompe as forças entre as partículas em vez de fazê-las se moverem mais rápido.
A evaporação ocorre apenas na superfície e a qualquer temperatura; a ebulição ocorre em todo o líquido a uma temperatura fixa.
Explique o comportamento dos gases usando a teoria das partículas: aquecer um gás a volume constante eleva a pressão porque as partículas batem nas paredes com mais força e frequência — as próprias partículas não ficam maiores.
A difusão é mais rápida para partículas mais leves (menor $M_r$) e não pode ocorrer em sólidos. No tubo de amônia/cloreto de hidrogênio, a amônia mais leve percorre mais distância, então o anel branco forma-se mais próximo da extremidade HCl.
Elements, compounds and mixtures · Elementos, compostos e misturas
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Describe the differences between elements, compounds and mixtures
Português
Central
Suplementar
1 Descreva as diferenças entre elementos, compostos e misturas
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
All substances are made from about 100 simple building blocks. Knowing how they are joined lets you sort every substance into one of three groups.
An element 元素 is a substance made of only one type of atom 原子. You cannot break it into anything simpler by a chemical reaction. Examples: copper, oxygen, carbon.
A compound 化合物 is two or more elements chemically joined (bonded) together. The atoms are joined in a fixed ratio. Examples: water, carbon dioxide. A compound has different properties from the elements in it.
A mixture 混合物 is two or more substances that are just mixed, not chemically joined. The parts keep their own properties and can be separated by physical methods. Example: air.
The key difference: in a compound the elements are bonded and can only be separated by chemical reactions; in a mixture they are not bonded and are easy to separate.
Português
Um elemento puro (vanádio): elementos são as substâncias mais simples.
Todas as substâncias são feitas de cerca de 100 blocos construtivos simples. Saber como eles estão ligados permite classificar toda substância em um de três grupos.
Um elemento 元素 é uma substância feita de apenas um tipo de átomo 原子. Você não pode quebrá-lo em algo mais simples por meio de uma reação química. Exemplos: cobre, oxigênio, carbono.
Um composto 化合物 é dois ou mais elementos quimicamente ligados (ligados) juntos. Os átomos estão ligados em uma proporção fixa. Exemplos: água, dióxido de carbono. Um composto possui propriedades diferentes dos elementos que o compõem.
Uma mistura 混合物 é duas ou mais substâncias que estão apenas misturadas, não quimicamente ligadas. As partes mantêm suas próprias propriedades e podem ser separadas por métodos físicos. Exemplo: ar.
A diferença chave: em um composto, os elementos estão ligados e só podem ser separados por reações químicas; em uma mistura, eles não estão ligados e são fáceis de separar.
Um elemento tem um tipo de átomo; um composto tem átomos diferentes ligados em proporção fixa; uma mistura não está ligada
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Laboratório: Elementos, compostos e misturas
Classifique exemplos cotidianos de partículas pela composição.
1 Describe the structure of the atom as a central nucleus containing neutrons and protons surrounded by electrons in shells
2 State the relative charges and relative masses of a proton, a neutron and an electron
3 Define proton number/atomic number as the number of protons in the nucleus of an atom
4 Define mass number/nucleon number as the total number of protons and neutrons in the nucleus of an atom
5 Determine the electronic configuration of elements and their ions with proton number 1 to 20, e.g. 2,8,3
6 State that: (a) Group VIII noble gases have a full outer electron shell (b) the number of outer shell electrons is equal to the group number in Groups I to VII (c) the number of occupied electron shells is equal to the period number
Português
Central
Suplementar
1 Descreva a estrutura do átomo como um núcleo central contendo nêutrons e prótons circundado por elétrons em camadas
2 Afirme as cargas relativas e as massas relativas de um próton, um nêutron e um elétron
3 Defina número atômico/número de prótons como o número de prótons no núcleo de um átomo
4 Defina número de massa/número nucleônico como o número total de prótons e nêutrons no núcleo de um átomo
5 Determine a configuração eletrônica de elementos e seus íons com número de prótons de 1 a 20, ex.: 2,8,3
6 Afirme que: (a) os gases nobres do Grupo VIII possuem uma camada externa de elétrons completa (b) o número de elétrons da camada externa é igual ao número do grupo nos Grupos I a VII (c) o número de camadas eletrônicas ocupadas é igual ao número do período
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Inside the atom
Every atom has a small, dense centre called the nucleus 原子核. Around it, electrons 电子 move in shells 电子层 (energy levels). The nucleus contains two kinds of particle: protons 质子 and neutrons 中子.
Each particle has a relative mass and a relative charge 电荷. You must learn these values:
Particle
Relative mass
Relative charge
proton
1
$+1$
neutron
1
$0$
electron
$\frac{1}{1840}$ (almost 0)
$-1$
An atom has no overall charge because it has equal numbers of protons ($+1$ each) and electrons ($-1$ each).
Proton number and mass number
Two numbers describe an atom:
The proton number 质子数 (also called the atomic number 原子序数) is the number of protons in the nucleus. It tells you which element the atom is.
The mass number 质量数 (also called the nucleon number 核子数) is the total number of protons and neutrons in the nucleus.
So the number of neutrons $=$ mass number $-$ proton number.
Electronic configuration
The electrons fill the shells from the inside out. The first shell holds up to 2 electrons; the next shells hold up to 8 each (for the first 20 elements). The electronic configuration 电子排布 lists how many electrons are in each shell, starting from the inside.
For example, an atom with 13 electrons has the configuration $2,8,3$. Sodium (proton number 11) is $2,8,1$. Calcium (proton number 20) is $2,8,8,2$.
The configuration links to the Periodic Table 周期表:
A Group 族 number (Groups I to VII) equals the number of electrons in the outer shell. So $2,8,1$ is in Group I.
A Period 周期 number equals the number of shells that hold electrons. So $2,8,1$ has three shells, so it is in Period 3.
The noble gases 稀有气体 in Group VIII (or 0) have a full outer shell, which makes them very unreactive.
Português
Dentro do átomo
Todo átomo possui um centro pequeno e denso chamado núcleo 原子核. Ao redor dele, elétrons 电子 movem-se em camadas 电子层 (níveis de energia). O núcleo contém dois tipos de partícula: prótons 质子和nêutrons 中子。
Um átomo tem um núcleo minúsculo de prótons e nêutrons, com elétrons em camadas ao redor
Cada partícula possui uma massa relativa e uma carga relativa 电荷. Você deve memorizar esses valores:
Partícula
Massa relativa
Carga relativa
próton
1
$+1$
nêutron
1
$0$
elétron
$\frac{1}{1840}$ (quase 0)
$-1$
Um átomo não possui carga líquida porque tem números iguais de prótons ($+1$ cada) e elétrons ($-1$ cada).
Número atômico e número de massa
Dois números descrevem um átomo:
O número atômico 质子数 (também chamado de número atômico 原子序数) é o número de prótons no núcleo. Ele indica qual elemento é o átomo.
O número de massa 质量数 (também chamado de número nucleônico 核子数) é o número total de prótons e nêutrons no núcleo.
Então o número de nêutrons $=$ número de massa $-$ número atômico.
Configuração eletrônica
Os elétrons preenchem as camadas de dentro para fora. A primeira camada suporta até 2 elétrons; as próximas camadas suportam até 8 cada (para os primeiros 20 elementos). A configuração eletrônica 电子排bur lista quantos elétrons estão em cada camada, começando de dentro.
Por exemplo, um átomo com 13 elétrons tem a configuração $2,8,3$. Sódio (número atômico 11) é $2,8,1$. Cálcio (número atômico 20) é $2,8,8,2$.
A configuração se liga à Tabela Periódica 周期表:
O número de um Grupo 族 (Grupos I a VII) é igual ao número de elétrons na camada externa. Então $2,8,1$ está no Grupo I.
O número de um Período 周期 é igual ao número de camadas que contêm elétrons. Então $2,8,1$ tem três camadas, logo está no Período 3.
Os gases nobres 稀有气体 no Grupo VIII (ou 0) possuem uma camada externa cheia, o que os torna muito pouco reativos.
A configuração do sódio 2,8,1 liga-se à Tabela Periódica: um elétron externo significa Grupo I, três camadas significam Período 3
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Camadas eletrônicas
Altere o número atómico e observe as camadas a preencherem-se (2, 8, 8) — a configuração eletrónica dos primeiros 20 elementos.
1 Define isotopes as different atoms of the same element that have the same number of protons but different numbers of neutrons
3 State that isotopes of the same element have the same chemical properties because they have the same number of electrons and therefore the same electronic configuration
2 Interpret and use symbols for atoms, e.g. $^{12}_{6}\text{C}$, and ions, e.g. $^{35}_{17}\text{Cl}^-$
4 Calculate the relative atomic mass of an element from the relative masses and abundances of its isotopes
Português
Central
Suplementar
1 Defina isótopos como átomos diferentes do mesmo elemento que possuem o mesmo número de prótons, mas números diferentes de nêutrons
3 Afirme que isótopos do mesmo elemento possuem as mesmas propriedades químicas porque têm o mesmo número de elétrons e, portanto, a mesma configuração eletrônica
2 Interprete e use símbolos para átomos, ex. $^{12}_{6}\text{C}$, e íons, ex. $^{35}_{17}\text{Cl}^-$
4 Calcule a massa atômica relativa de um elemento a partir das massas relativas e das abundâncias de seus isótopos
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Isotopes 同位素 are atoms of the same element that have the same number of protons but different numbers of neutrons. Because the proton number is the same, they are the same element. Because the neutron number is different, they have different mass numbers.
You write an atom with its mass number on top and proton number below, like $^{12}_{6}\text{C}$. For an ion you add the charge, like $^{35}_{17}\text{Cl}^{-}$.
Isotopes of an element have the same chemical properties. This is because chemical reactions only involve electrons, and isotopes have the same number of electrons and the same electronic configuration. (The extra neutrons change only the mass.)
Calculating relative atomic mass
The relative atomic mass 相对原子质量 ($A_r$) of an element is the average mass of its atoms, taking into account how common each isotope is. The abundance 丰度 is the percentage of each isotope.
Worked example. Boron has two isotopes, $^{10}\text{B}$ and $^{11}\text{B}$, and its $A_r$ is 10.8. Find the percentage of each. Let the abundance of $^{11}\text{B}$ be $x$, so the abundance of $^{10}\text{B}$ is $(100 - x)$. Then
$$\frac{11x + 10(100 - x)}{100} = 10.8$$
so $11x + 1000 - 10x = 1080$, giving $x = 80$. Boron is 80%$^{11}\text{B}$ and 20%$^{10}\text{B}$. Check it against common sense: 10.8 lies closer to 11, so the heavier isotope must be the more common one. If your answer gives the majority to the isotope further from $A_r$, you have them the wrong way round.
Português
Isótopos 同位素 são átomos do mesmo elemento que possuem o mesmo número de prótons, mas números diferentes de nêutrons. Como o número de prótons é o mesmo, eles são o mesmo elemento. Como o número de nêutrons é diferente, eles possuem números de massa diferentes.
Você escreve um átomo com seu número de massa em cima e número atômico embaixo, como $^{12}_{6}\text{C}$. Para um íon, você adiciona a carga, como $^{35}_{17}\text{Cl}^{-}$.
Isótopos de um elemento possuem propriedades químicas iguais. Isso ocorre porque reações químicas envolvem apenas elétrons, e isótopos têm o mesmo número de elétrons e a mesma configuração eletrônica. (Os nêutrons extras alteram apenas a massa.)
Calculando a massa atômica relativa
A massa atômica relativa 相对原子质量 ($A_r$) de um elemento é a massa média de seus átomos, considerando a frequência de cada isótopo. A abundância 丰度 é a porcentagem de cada isótopo.
A massa atômica relativa é uma média ponderada: o cloro é 75% Cl-35 e 25% Cl-37, portanto A_r é 35.5
Exemplo resolvido. O boro tem dois isótopos, $^{10}\text{B}$ e $^{11}\text{B}$, e a sua $A_r$ é 10.8. Encontre a percentagem de cada um. Seja a abundância de $^{11}\text{B}$ igual a $x$, então a abundância de $^{10}\text{B}$ é $(100 - x)$. Então
$$\frac{11x + 10(100 - x)}{100} = 10.8$$
então $11x + 1000 - 10x = 1080$, resultando em $x = 80$. O boro é 80%$^{11}\text{B}$ e 20%$^{10}\text{B}$. Verifique contra o senso comum: 10.8 está mais próximo de 11, portanto, o isótopo mais pesado deve ser o mais comum. Se sua resposta atribuir a maioria ao isótopo mais distante de $A_r$, você os inverteu.
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Prótons, nêutrons e isótopos
Mude os nêutrons para criar isótopos (mesmo elemento, número de massa diferente); mude os elétrons para criar íons.
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Laboratório de isótopos
Classifique fatos sobre isótopos pelo número de prótons, nêutrons e massa.
1 Describe the formation of positive ions, known as cations, and negative ions, known as anions
5 Describe the giant lattice structure of ionic compounds as a regular arrangement of alternating positive and negative ions
2 State that an ionic bond is a strong electrostatic attraction between oppositely charged ions
6 Describe the formation of ionic bonds between ions of metallic and non-metallic elements, including the use of dot-and-cross diagrams
3 Describe the formation of ionic bonds between elements from Group I and Group VII, including the use of dot-and-cross diagrams
7 Explain in terms of structure and bonding the properties of ionic compounds: (a) high melting points and boiling points (b) good electrical conductivity when aqueous or molten and poor when solid
4 Describe the properties of ionic compounds: (a) high melting points and boiling points (b) good electrical conductivity when aqueous or molten and poor when solid
Português
Central
Suplementar
1 Descreva a formação de íons positivos, conhecidos como cátions, e íons negativos, conhecidos como ânions
5 Descreva a estrutura de rede gigante de compostos iônicos como uma disposição regular de íons positivos e negativos alternados
2 Afirme que uma ligação iônica é uma forte atração eletrostática entre íons de cargas opostas
6 Descreva a formação de ligações iônicas entre íons de elementos metálicos e não metálicos, incluindo o uso de diagramas de pontos e cruzes
3 Descreva a formação de ligações iônicas entre elementos dos Grupos I e VII, incluindo o uso de diagramas de pontos e cruzes
7 Explique, em termos de estrutura e ligação, as propriedades dos compostos iônicos: (a) altos pontos de fusão e ebulição (b) boa condutividade elétrica quando aquosos ou fundidos e má quando sólidos
4 Descreva as propriedades dos compostos iônicos: (a) altos pontos de fusão e ebulição (b) boa condutividade elétrica quando aquosos ou fundidos e má quando sólidos
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Ionic bonding: electron transfer
An ion 离子 is an atom (or group of atoms) that has lost or gained electrons, so it has an electric charge.
A metal atom loses electrons to form a positive ion, called a cation 阳离子.
A non-metal atom gains electrons to form a negative ion, called an anion 阴离子.
Atoms do this to get a full outer shell, like a noble gas.
How an ionic bond forms
An ionic bond 离子键 is a strong electrostatic attraction 静电引力 between oppositely charged ions (a $+$ ion and a $-$ ion pull together).
Ionic bonds form between a metal 金属 and a non-metal 非金属. Take sodium chloride, $\text{NaCl}$. Sodium ($2,8,1$) gives its one outer electron to chlorine ($2,8,7$). Now sodium is $\text{Na}^{+}$ ($2,8$) and chlorine is $\text{Cl}^{-}$ ($2,8,8$). Both have full outer shells, and the opposite charges attract.
You can show this with a dot-and-cross diagram: draw each atom's outer-shell electrons as dots for one element and crosses for the other, then show the electron moving from the metal to the non-metal.
The structure and properties of ionic compounds
An ionic compound 离子化合物 is not made of separate molecules 分子. The ions pack together into a giant lattice 晶格 — a regular pattern of huge numbers of alternating 交替 positive and negative ions.
This structure explains the properties:
Property
Reason
high melting point 熔点 and boiling point 沸点
the strong electrostatic attraction between ions needs a lot of energy to break
poor electrical conductivity 导电性 when solid
the ions are fixed in place and cannot move
good conductor when molten 熔融 or aqueous 水溶液
the ions are now free to move and carry charge
Português
Ligação iônica: transferência de elétrons
Um íon 离子 é um átomo (ou grupo de átomos) que perdeu ou ganhou elétrons, possuindo assim uma carga elétrica.
Um átomo metálico perde elétrons para formar um íon positivo, chamado ** cátion** 阳离子.
Um átomo ametal ganha elétrons para formar um íon negativo, chamado ânion 阴离子.
Átomos fazem isso para obter uma camada externa completa, como um gás nobre.
Como se forma uma ligação iônica
Uma ligação iônica 离子键 é uma forte atração eletrostática 静电引力 entre íons de cargas opostas (um íon $+$ e um íon $-$ atraem-se mutuamente).
Ligações iônicas formam-se entre um metal 金属 e um ametal 非金属. Considere o cloreto de sódio, $\text{NaCl}$. O sódio ($2,8,1$) cede seu único elétron externo ao cloro ($2,8,7$). Agora o sódio é $\text{Na}^{+}$ ($2,8$) e o cloro é $\text{Cl}^{-}$ ($2,8,8$). Ambos possuem camadas externas completas, e as cargas opostas atraem-se.
Você pode representar isso com um diagrama ponto-e-x: desenhe os elétrons da camada externa de cada átomo como pontos para um elemento e cruzes para o outro, mostrando depois o elétron se movendo do metal para o ametal.
O sódio cede seu elétron externo ao cloro; ambos atingem camadas externas completas e as cargas opostas atraem-se (o elétron azul veio do sódio)
Estrutura e propriedades de compostos iônicos
Um composto iônico 离子化合物 não é formado por moléculas 分子 separadas. Os íons compactam-se num retículo 晶格 gigante — um padrão regular de enormes quantidades de íons positivos e negativos alternados 交替.
Íons compactam-se num retículo gigante: um padrão regular e repetitivo de íons positivos e negativos alternadosUm cristal de halita: a forma cúbica do cloreto de sódio é o retículo iônico em seu interior, amplificado o suficiente para ser visto
Essa estrutura explica as propriedades:
Propriedade
Motivo
alto ponto de fusão 熔点 e ponto de ebulição 沸点
a forte atração eletrostática entre íons exige muita energia para ser rompida
baixa condutividade elétrica 导电性 no estado sólido
os íons estão fixos em posição e não podem se mover
boa condutora quando fundido 熔融 ou em solução aquosa 水溶液
os íons agora estão livres para se mover e transportar carga
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Formando uma ligação iônica (NaCl)
Passo a passo: Um metal entrega seu elétron externo a um não-metal; os íons com cargas opostas então se atraem e se empacam em uma rede gigante.
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Ligação iônica (transferência de elétrons)
Passo a passo: o metal entrega seu(s) elétron(s) externo(s) ao não-metal, ambos atingem camadas cheias, e os íons + e − resultantes se atraem — uma ligação iônica.
Simple molecules and covalent bonds · Moléculas simples e ligações covalentes
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 State that a covalent bond is formed when a pair of electrons is shared between two atoms leading to noble gas electronic configurations
2 Describe the formation of covalent bonds in simple molecules, including $\text{H}_2$, $\text{Cl}_2$, $\text{H}_2\text{O}$, $\text{CH}_4$, $\text{NH}_3$ and $\text{HCl}$. Use dot-and-cross diagrams to show the electronic configurations in these and similar molecules
4 Describe the formation of covalent bonds in simple molecules, including $\text{CH}_3\text{OH}$, $\text{C}_2\text{H}_4$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ and $\text{N}_2$. Use dot-and-cross diagrams to show the electronic configurations in these and similar molecules
3 Describe in terms of structure and bonding the properties of simple molecular compounds: (a) low melting points and boiling points (b) poor electrical conductivity
5 Explain in terms of structure and bonding the properties of simple molecular compounds: (a) low melting points and boiling points in terms of weak intermolecular forces (specific types of intermolecular forces are not required) (b) poor electrical conductivity
Português
Central
Suplementar
1 Afirme que uma ligação covalente é formada quando um par de elétrons é compartilhado entre dois átomos, levando a configurações eletrônicas de gases nobres
2 Descreva a formação de ligações covalentes em moléculas simples, incluindo $\text{H}_2$, $\text{Cl}_2$, $\text{H}_2\text{O}$, $\text{CH}_4$, $\text{NH}_3$ e $\text{HCl}$. Use diagramas de pontos e cruzes para mostrar as configurações eletrônicas nestas e em moléculas semelhantes
4 Descreva a formação de ligações covalentes em moléculas simples, incluindo $\text{CH}_3\text{OH}$, $\text{C}_2\text{H}_4$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$ e $\text{N}_2$. Use diagramas de pontos e cruzes para mostrar as configurações eletrônicas nestas e em moléculas semelhantes
3 Descreva, em termos de estrutura e ligação, as propriedades de compostos moleculares simples: (a) baixos pontos de fusão e ebulição (b) má condutividade elétrica
5 Explique, em termos de estrutura e ligação, as propriedades de compostos moleculares simples: (a) baixos pontos de fusão e ebulição em termos de forças intermoleculares fracas (tipos específicos de forças intermoleculares não são necessários) (b) má condutividade elétrica
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Covalent bonding: a shared pair
A covalent bond 共价键 forms when two atoms share a pair of electrons. By sharing, each atom gets a full outer shell (a noble gas configuration). Covalent bonds form between non-metal atoms.
Some molecules to know:
$\text{H}_2$ — two hydrogen atoms share one pair of electrons (a single bond).
$\text{Cl}_2$, $\text{HCl}$ — one shared pair each.
$\text{H}_2\text{O}$ — oxygen shares one pair with each of two hydrogen atoms.
$\text{NH}_3$ — nitrogen shares a pair with each of three hydrogen atoms.
$\text{CH}_4$ — carbon shares a pair with each of four hydrogen atoms.
$\text{O}_2$ and $\text{CO}_2$ have double bonds (two shared pairs); $\text{N}_2$ has a triple bond (three shared pairs); $\text{C}_2\text{H}_4$ and $\text{CH}_3\text{OH}$ also use shared pairs.
In a dot-and-cross diagram for a molecule, you draw the outer electrons of each atom and show which pairs are shared in the overlap between the atoms.
Properties of simple molecular compounds
These substances are made of small, separate molecules.
They have low melting points and boiling points. The covalent bonds inside each molecule are strong, but the intermolecular forces 分子间作用力 (the forces between one molecule and the next) are weak, so little energy is needed to separate the molecules.
They are poor conductors of electricity, because the molecules have no overall charge and no free electrons or ions to carry charge.
Português
Ligação covalente: um par compartilhadoUm modelo de uma molécula de água: átomos compartilham elétrons em ligações covalentes.
Uma ligação covalente 共价键 forma-se quando dois átomos compartilham um par de elétrons. Ao compartilhar, cada átomo obtém uma camada externa completa (configuração de gás nobre). Ligações covalentes formam-se entre átomos ametais.
Algumas moléculas para saber:
$\text{H}_2$ — dois átomos de hidrogênio compartilham um par de elétrons (uma ligação simples).
$\text{Cl}_2$, $\text{HCl}$ — cada um compartilha um par de elétrons.
$\text{H}_2\text{O}$ — o oxigênio compartilha um par com cada um dos dois átomos de hidrogênio.
$\text{NH}_3$ — o nitrogênio compartilha um par com cada um dos três átomos de hidrogênio.
$\text{CH}_4$ — o carbono compartilha um par com cada um dos quatro átomos de hidrogênio.
$\text{O}_2$ e $\text{CO}_2$ possuem ligações duplas (dois pares compartilhados); $\text{N}_2$ tem uma ligação tripla (três pares compartilhados); $\text{C}_2\text{H}_4$ e $\text{CH}_3\text{OH}$ também usam pares compartilhados.
Em um diagrama ponto-e-x para uma molécula, desenhamos os elétrons externos de cada átomo e mostramos quais pares são compartilhados na sobreposição entre os átomos.
Em uma ligação covalente, átomos compartilham pares de elétrons para que cada um atinja uma camada externa completa
Propriedades de compostos moleculares simples
Essas substâncias são formadas por moléculas pequenas e separadas.
Possuem baixos pontos de fusão e ebulição. As ligações covalentes dentro de cada molécula são fortes, mas as forças intermoleculares 分子间作用力 (as forças entre uma molécula e outra) são fracas, exigindo pouca energia para separar as moléculas.
São maus condutores de eletricidade, pois as moléculas não possuem carga líquida e nem elétrons livres ou íons para transportar carga.
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Por que uma molécula tem sua forma
Pares de elétrons compartilhados se repelem e se espalham o máximo possível. Quatro pares de ligação e nenhum par solitário resulta em uma forma tetraédrica, como no metano (CH4).
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Ligação covalente (compartilhamento)
Passo a passo: dois átomos não metálicos se sobrepõem e compartilham um par de elétrons — contando para ambos —, assim cada um atinge uma camada externa completa. Esse par compartilhado é a ligação covalente; O₂ compartilha dois pares (uma ligação dupla).
1 Describe the giant covalent structures of graphite and diamond
3 Describe the giant covalent structure of silicon(IV) oxide, $\text{SiO}_2$
2 Relate the structures and bonding of graphite and diamond to their uses, limited to: (a) graphite as a lubricant and as an electrode (b) diamond in cutting tools
4 Describe the similarity in properties between diamond and silicon(IV) oxide, related to their structures
Português
Central
Suplementar
1 Descreva as estruturas covalentes gigantes de grafite e diamante
3 Descreva a estrutura covalente gigante do óxido de silício(IV), $\text{SiO}_2$
2 Relacione as estruturas e ligações do grafite e do diamante aos seus usos, limitado a: (a) grafite como lubrificante e como eletrodo (b) diamante em ferramentas de corte
4 Descreva a semelhança nas propriedades entre diamante e óxido de silício(IV), relacionada às suas estruturas
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Some covalent substances are not small molecules. Instead, millions of atoms are joined by covalent bonds into one giant covalent structure 巨型共价结构. The two you must know are both forms of carbon.
Diamond 金刚石: each carbon atom is bonded to four other carbon atoms. This makes a very strong, rigid 3-D network. Diamond is extremely hard, so it is used in cutting tools 切割工具.
Graphite 石墨: each carbon atom is bonded to only three others, forming flat layers 层. There are weak forces between the layers, so the layers can slide over each other — this makes graphite a good lubricant 润滑剂. The fourth outer electron of each carbon is free; these delocalised electrons 离域电子 can move, so graphite conducts electricity and is used as an electrode 电极.
Silicon(IV) oxide 二氧化硅 ($\text{SiO}_2$) has a giant covalent structure like diamond, so it is also very hard and has a very high melting point.
Português
Alguns compostos covalentes não são moléculas pequenas. Em vez disso, milhões de átomos são ligados por ligações covalentes formando uma única estrutura covalente gigante 巨型共价结构. As duas que você precisa saber são ambas formas de carbono.
Diamante 金刚石: cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos de carbono. Isso cria uma rede 3-D muito forte e rígida. O diamante é extremamente duro, por isso é usado em ferramentas de corte 切割工具.
Grafite 石墨: cada átomo de carbono está ligado a apenas outros três, formando camadas planas 层. Existem forças fracas entre as camadas, permitindo que deslizem umas sobre as outras — isso faz do grafite um bom lubrificante 润滑剂. O quarto elétron externo de cada carbono é livre; esses elétrons deslocalizados 离域电子 podem se mover, fazendo com que o grafite conduza eletricidade e seja usado como eletrodo 电极.
O diamante liga cada carbono a outros quatro (duro); o grafite forma camadas planas com forças fracas entre elas (deslizante)Grafite natural: essas forças fracas entre as camadas são a razão pela qual a amostra se desfaz em lamelas e marca o papel
Óxido de silício(IV) 二氧化硅 ($\text{SiO}_2$) possui uma estrutura covalente gigante semelhante à do diamante, sendo também muito duro e tendo um ponto de fusão muito alto.
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Laboratório de covalência gigante
Compare estruturas covalentes gigantes por meio de ligações e propriedades.
1 Describe metallic bonding as the electrostatic attraction between the positive ions in a giant metallic lattice and a ‘sea’ of delocalised electrons
2 Explain in terms of structure and bonding the properties of metals: (a) good electrical conductivity (b) malleability and ductility
Português
Central
Suplementar
1 Descreva a ligação metálica como a atração eletrostática entre os íons positivos em uma rede metálica gigante e um 'mar' de elétrons deslocalizados
2 Explique, em termos de estrutura e ligação, as propriedades dos metais: (a) boa condutividade elétrica (b) maleabilidade e ductilidade
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
A metal is a giant structure of positive ions surrounded by a 'sea' of delocalised electrons that are free to move through the whole metal. Metallic bonding 金属键 is the strong electrostatic attraction between these positive ions and the sea of electrons.
This explains two key properties of metals:
Good electrical conductivity: the delocalised electrons are free to move and carry charge through the metal.
Malleability 展性 (can be hammered into sheets) and ductility 延性 (can be pulled into wires): the layers of positive ions can slide over each other without breaking the metallic bond, so the metal changes shape instead of shattering.
Português
Um metal é uma estrutura gigante de íons positivos rodeados por um 'mar' de elétrons deslocalizados livres para se mover por todo o metal. A ligação metálica 金属键 é a forte atração eletrostática entre esses íons positivos e o mar de elétrons.
Um metal é íons positivos em um 'mar' de elétrons deslocalizados que são livres para se mover e transportar carga
Isso explica duas propriedades fundamentais dos metais:
Boa condutividade elétrica: os elétrons deslocalizados são livres para se mover e transportar carga pelo metal.
Maleabilidade 展性 (pode ser martelado em chapas) e ductilidade 延性 (pode ser esticado em fios): as camadas de íons positivos podem deslizarem umas sobre as outras sem romper a ligação metálica, permitindo que o metal mude de forma em vez de se quebrar.
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Dentro de um metal — e por que ele se comporta assim
Passo a passo. Íons positivos estão imersos em um mar compartilhado de elétrons deslocalizados — essa única imagem explica a condução e por que metais dobram em vez de quebrar.
Number of neutrons = mass number − proton number. The proton number is what decides which element an atom is.
Isotopes have the same chemical properties because reactions involve only electrons, and isotopes share the same electron configuration; only the mass differs.
Match structure to properties: ionic = giant lattice (high melting point; conducts only when molten or aqueous); simple molecular = weak forces between molecules (low melting point; no conduction); giant covalent = very hard, very high melting point.
Graphite conducts and is slippery (one free electron per carbon; layers slide); diamond does neither (all four electrons bonded, so hard and non-conducting). Metals conduct and bend thanks to the sea of delocalised electrons.
For relative atomic mass, take the weighted average: $A_r = \dfrac{\sum(\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$.
Português
Número de nêutrons = número de massa − número de prótons. O número de prótons é o que determina a qual elemento um átomo pertence.
Isótopos possuem as mesmas propriedades químicas porque reações envolvem apenas elétrons, e isótopos compartilham a mesma configuração eletrônica; apenas a massa difere.
Correspondência entre estrutura e propriedades: iônico = retículo gigante (alto ponto de fusão; conduz apenas fundido ou em solução aquosa); molecular simples = forças fracas entre moléculas (baixo ponto de fusão; não conduz); covalente gigante = muito duro, ponto de fusão muito alto.
Grafite conduz e é deslizante (um elétron livre por carbono; camadas deslizam); diamante não faz nenhum dos dois (todos os quatro elétrons ligados, sendo duro e não condutor). Metais conduzem e dobram graças ao mar de elétrons deslocalizados.
Para a massa atômica relativa, calcule a média ponderada: $A_r = \dfrac{\sum(\text{isotope mass} \times \text{abundance})}{100}$.
Stoichiometry 化学计量 is the study of the amounts of substances in a reaction — how much reacts and how much is made. This topic is mostly about counting atoms and doing calculations.
Português
Estequiometria 化学计量 é o estudo das quantidades de substâncias em uma reação — quanto reage e quanto é produzido. Este tópico trata principalmente de contar átomos e realizar cálculos.
3.1
Chemical formulae · Fórmulas químicas
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 State the formulae of the elements and compounds named in the subject content
2 Define the molecular formula of a compound as the number and type of different atoms in one molecule
5 Define the empirical formula of a compound as the simplest whole number ratio of the different atoms or ions in a compound
3 Deduce the formula of a simple compound from the relative numbers of atoms present in a model or a diagrammatic representation
6 Deduce the formula of an ionic compound from the relative numbers of the ions present in a model or a diagrammatic representation or from the charges on the ions
4 Construct word equations and symbol equations to show how reactants form products, including state symbols
7 Construct symbol equations with state symbols, including ionic equations
8 Deduce the symbol equation with state symbols for a chemical reaction, given relevant information
Português
Central
Suplementar
1 Afirme as fórmulas dos elementos e compostos nomeados no conteúdo programático
2 Defina a fórmula molecular de um composto como o número e tipo de átomos diferentes em uma molécula
5 Defina a fórmula empírica de um composto como a razão inteira mais simples de átomos ou íons diferentes em um composto
3 Deduza a fórmula de um composto simples a partir dos números relativos de átomos presentes em um modelo ou representação diagramática
6 Deduza a fórmula de um composto iônico a partir dos números relativos dos íons presentes em um modelo ou representação diagramática ou das cargas dos íons
4 Construa equações em palavras e equações simbólicas para mostrar como reagentes formam produtos, incluindo símbolos de estado
7 Construa equações simbólicas com símbolos de estado, incluindo equações iônicas
8 Deduzir a equação simbólica com símbolos de estado para uma reação química, dada informação relevante
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
A formula 化学式 shows which atoms 原子 are in a substance, and how many of each. There are two kinds of formula you must know.
The molecular formula 分子式 is the actual number of each atom in one molecule 分子. For glucose it is $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$.
The empirical formula 实验式 is the simplest whole-number ratio 比例 of the atoms or ions 离子 in a compound 化合物. For glucose it is $\text{CH}_2\text{O}$.
Working out a formula
If you are given a model or diagram, just count the atoms of each element and write them as a formula.
For an ionic compound 离子化合物 you can work out the formula from the charges on the ions. The total positive charge must balance the total negative charge, because the compound has no overall charge. Some common ions:
For example, $\text{Na}^{+}$ and $\text{O}^{2-}$: you need two $\text{Na}^{+}$ to balance one $\text{O}^{2-}$, so the formula is $\text{Na}_2\text{O}$.
Português
Uma fórmula 化学式 mostra quais átomos 原子 estão em uma substância e quantos de cada tipo existem. Existem dois tipos de fórmula que você deve conhecer.
A fórmula molecular 分子式 é o número real de cada átomo em uma molécula 分子. Para a glicose, é $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$.
A fórmula empírica 实验式 é a razão inteira mais simples de átomos ou íons 离子 em um composto 化合物. Para a glicose, é $\text{CH}_2\text{O}$.
Determinando uma fórmula
Se for dado um modelo ou diagrama, basta contar os átomos de cada elemento e escrevê-los como uma fórmula.
Para um composto iônico 离子化合物, você pode determinar a fórmula a partir das cargas dos íons. A carga total positiva deve equilibrar a carga total negativa, pois o composto não possui carga líquida. Alguns íons comuns:
Por exemplo, $\text{Na}^{+}$ e $\text{O}^{2-}$: são necessários dois $\text{Na}^{+}$ para equilibrar um $\text{O}^{2-}$, logo a fórmula é $\text{Na}_2\text{O}$.
Para um composto iônico, as cargas dos íons cruzam para formar a fórmula (aqui $\text{Al}_2\text{O}_3$)
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Roteiro para escrita de fórmulas
Siga as cargas ou valências para obter uma fórmula química neutra.
You add state symbols 状态符号 in brackets to show the physical state: $(s)$ solid, $(l)$ liquid, $(g)$ gas, and $(aq)$ for aqueous 水溶液 (dissolved in water).
An ionic equation 离子方程式 shows only the ions that actually change. Ions that are the same on both sides are spectator ions 旁观离子 and are left out. For example, when an acid reacts with an alkali:
Uma equação de símbolos balanceada tem o mesmo número de cada átomo em ambos os lados
Adicionamos símbolos de estado 状态符号 entre parênteses para mostrar o estado físico: $(s)$ sólido, $(l)$ líquido, $(g)$ gasoso, e $(aq)$ para aquoso 水溶液 (dissolvido em água).
Uma equação iônica 离子方程式 mostra apenas os íons que realmente mudam. Íons que são iguais em ambos os lados são íons espectadores 旁观离子 e são omitidos. Por exemplo, quando um ácido reage com uma base:
Ajuste os coeficientes até que cada elemento tenha o mesmo número de átomos em ambos os lados.
3.2
Relative masses · Massas relativas
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Describe relative atomic mass, $A_r$, as the average mass of the isotopes of an element compared to 1/12th of the mass of an atom of $^{12}\text{C}$
2 Define relative molecular mass, $M_r$, as the sum of the relative atomic masses. Relative formula mass, $M_r$, will be used for ionic compounds
3 Calculate reacting masses in simple proportions. Calculations will not involve the mole concept
Português
Central
Suplementar
1 Descrever a massa atômica relativa, $A_r$, como a massa média dos isótopos de um elemento comparada a 1/12 da massa de um átomo de $^{12}\text{C}$
2 Definir a massa molecular relativa, $M_r$, como a soma das massas atômicas relativas. A massa de fórmula relativa, $M_r$, será usada para compostos iônicos
3 Calcular massas reagentes em proporções simples. Cálculos não envolverão o conceito de mola
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
The relative atomic mass 相对原子质量 ($A_r$) of an element 元素 is the average mass 质量 of its atoms compared to $\tfrac{1}{12}$ of the mass of one $^{12}\text{C}$ atom.
The relative molecular mass 相对分子质量 ($M_r$) is the sum of the relative atomic masses of all the atoms in the molecule. For ionic compounds we use the relative formula mass 相对式量, found the same way from the formula.
You can sometimes find a reacting mass without the mole. If 24 g of magnesium makes 40 g of magnesium oxide, then 12 g of magnesium (half as much) makes 20 g of magnesium oxide.
Português
Uma balança de laboratório mede a massa — a base dos cálculos de mola.
A massa atômica relativa 相对原子质量 ($A_r$) de um elemento 元素 é a massa 质量 média de seus átomos comparada a $\tfrac{1}{12}$ da massa de um $^{12}\text{C}$ átomo.
A massa molecular relativa 相对分子质量 ($M_r$) é a soma das massas atômicas relativas de todos os átomos na molécula. Para compostos iônicos, usamos a massa fórmula relativa 相对式量, encontrada da mesma maneira a partir da fórmula.
Às vezes você pode encontrar uma massa reagindo sem usar a mola. Se 24 g de magnésio produzem 40 g de óxido de magnésio, então 12 g de magnésio (metade da quantidade) produzem 20 g de óxido de magnésio.
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Laboratório de massa de fórmula
massa = mols x Mr
Altere o número de unidades de fórmula e veja a massa total escalar.
2 State that the mole, mol, is the unit of amount of substance and that one mole contains $6.02 \times 10^{23}$ particles, e.g. atoms, ions, molecules; this number is the Avogadro constant
3 Use the relationship $\text{amount of substance (mol)} = \frac{\text{mass (g)}}{\text{molar mass (g/mol)}}$ to calculate: (a) amount of substance (b) mass (c) molar mass (d) relative atomic mass or relative molecular/formula mass (e) number of particles, using the value of the Avogadro constant
4 Use the molar gas volume, taken as $24\text{ dm}^3$ at room temperature and pressure, r.t.p., in calculations involving gases
1 State that concentration can be measured in $\text{g/dm}^3$ or $\text{mol/dm}^3$
5 Calculate stoichiometric reacting masses, limiting reactants, volumes of gases at r.t.p., volumes of solutions and concentrations of solutions expressed in $\text{g/dm}^3$ and $\text{mol/dm}^3$, including conversion between $\text{cm}^3$ and $\text{dm}^3$
6 Use experimental data from a titration to calculate the moles of solute, or the concentration or volume of a solution
7 Calculate empirical formulae and molecular formulae, given appropriate data
8 Calculate percentage yield, percentage composition by mass and percentage purity, given appropriate data
Português
Central
Suplementar
2 Declarar que o mol, mol, é a unidade de quantidade de matéria e que um mol contém $6.02 \times 10^{23}$ partículas, ex.: átomos, íons, moléculas; este número é a constante de Avogadro
3 Usar a relação $\text{amount of substance (mol)} = \frac{\text{mass (g)}}{\text{molar mass (g/mol)}}$ para calcular: (a) quantidade de matéria (b) massa (c) massa molar (d) massa atômica relativa ou massa molecular/fórmula relativa (e) número de partículas, usando o valor da constante de Avogadro
4 Usar o volume molar gasoso, considerado $24\text{ dm}^3$ à temperatura e pressão ambiente, r.t.p., em cálculos envolvendo gases
1 Declarar que a concentração pode ser medida em $\text{g/dm}^3$ ou $\text{mol/dm}^3$
5 Calcular massas reagentes estequiométricas, reagente limitante, volumes de gases à r.t.p., volumes de soluções e concentrações de soluções expressas em $\text{g/dm}^3$ e $\text{mol/dm}^3$, incluindo conversão entre $\text{cm}^3$ e $\text{dm}^3$
6 Usar dados experimentais de uma titulação para calcular os mols de soluto, ou a concentração ou volume de uma solução
7 Calcular fórmulas empíricas e moleculares, dados os dados apropriados
8 Calcular rendimento percentual, composição percentual em massa e pureza percentual, dados os dados apropriados
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
The mole 摩尔 (symbol mol) is the unit for the amount of substance 物质的量. One mole of any substance contains $6.02 \times 10^{23}$particles 粒子 (atoms, ions or molecules). This number is the Avogadro constant 阿伏伽德罗常数.
The molar mass 摩尔质量 is the mass of one mole, in grams per mole (g/mol). Its number is the same as the $A_r$ or $M_r$. The key relationship is:
$$\text{amount (mol)} = \frac{\text{mass (g)}}{\text{molar mass (g/mol)}}$$
Worked example. How many moles are in 36 g of water? Molar mass of water $= 18$ g/mol.
$$n = \frac{36}{18} = 2 \text{ mol}$$
To find the number of particles, multiply the moles by the Avogadro constant.
Volumes of gases
At room temperature and pressure (r.t.p.), one mole of any gas takes up the same volume 体积. This molar gas volume 摩尔气体体积 is $24 \text{ dm}^3$.
$$\text{volume of gas (dm}^3) = \text{amount (mol)} \times 24$$
Worked example. What volume does $0.25$ mol of carbon dioxide occupy at r.t.p.?
The concentration 浓度 of a solution 溶液 can be given in $\text{g/dm}^3$ or in $\text{mol/dm}^3$.
$$\text{concentration (mol/dm}^3) = \frac{\text{amount of solute (mol)}}{\text{volume (dm}^3)}$$
Remember to convert volume: $1 \text{ dm}^3 = 1000 \text{ cm}^3$, so divide a volume in $\text{cm}^3$ by 1000.
Português
A mola 摩尔 (símbolo mol) é a unidade para a quantidade de matéria 物质的量. Uma mola de qualquer substância contém $6.02 \times 10^{23}$partículas 粒子 (átomos, íons ou moléculas). Este número é a constante de Avogadro 阿伏伽德罗常数.
A massa molar 摩尔质量 é a massa de uma mola, em gramas por mola (g/mol). Seu valor numérico é igual ao $A_r$ ou $M_r$. A relação chave é:
$$\text{amount (mol)} = \frac{\text{mass (g)}}{\text{molar mass (g/mol)}}$$
Exemplo resolvido. Quantas moles há em 36 g de água? Massa molar da água $= 18$ g/mol.
$$n = \frac{36}{18} = 2 mol$$
Para encontrar o número de partículas, multiplique as moles pela constante de Avogadro.
Volumes de gases
À temperatura e pressão ambiente (r.t.p.), uma mola de qualquer gás ocupa o mesmo volume 体积. Este volume molar do gás 摩尔气体体积 é $24 \text{ dm}^3$.
Uma mola de qualquer gás preenche 24 decímetros cúbicos à temperatura e pressão ambiente
$$\text{volume of gas (dm}^3) = \text{amount (mol)} \times 24$$
Exemplo resolvido. Que volume $0.25$ mol de dióxido de carbono ocupa à r.t.p.?
Doing reaction calculations · Fazendo cálculos de reação
English
Most calculations follow the same steps: change the known amount into moles, use the balanced equation to find the moles of what you want, then change back into mass, volume or concentration.
Worked example. What mass of magnesium oxide forms when 12 g of magnesium burns completely? $2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}$. ($A_r$: Mg $= 24$, O $= 16$.)
Moles of Mg $= 12 / 24 = 0.5$ mol. The ratio Mg : MgO is $1 : 1$, so $0.5$ mol of MgO forms. Its molar mass is $24 + 16 = 40$ g/mol, so the mass is $0.5 \times 40 = 20$ g — the same answer as the simple-proportion method above.
Limiting reactant
When two reactants are mixed, often one runs out first. This is the limiting reactant 限量反应物. It decides how much product can form; any other reactant is in excess (left over).
Worked example. 8 g of hydrogen reacts with 8 g of oxygen: $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$. Which is the limiting reactant, and what mass of water forms? ($A_r$: H $= 1$, O $= 16$.)
Moles of $\text{H}_2 = 8 / 2 = 4$ mol; moles of $\text{O}_2 = 8 / 32 = 0.25$ mol. The equation needs $2\text{H}_2$ for every one $\text{O}_2$, so $0.25$ mol of $\text{O}_2$ reacts with only $0.5$ mol of $\text{H}_2$. There is far more hydrogen than that, so oxygen is the limiting reactant and the hydrogen is in excess. The oxygen makes $2 \times 0.25 = 0.5$ mol of water, so the mass is $0.5 \times 18 = 9$ g. Always work in moles, not masses — the reactant with the smaller mass is not always the one that runs out.
Titration calculation
In a titration 滴定 you measure the volume of one solution that reacts with another. From the volume and concentration you find the moles of one solute 溶质, then use the equation ratio to find the moles, concentration or volume of the other.
Worked example.$25.0 \text{ cm}^3$ of sodium hydroxide solution is exactly neutralised by $20.0 \text{ cm}^3$ of $0.10 \text{ mol/dm}^3$ hydrochloric acid. $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$. Find the concentration of the sodium hydroxide.
Moles of HCl $= 0.10 \times \dfrac{20.0}{1000} = 0.0020$ mol. The ratio is $1 : 1$, so there are $0.0020$ mol of NaOH in $25.0 \text{ cm}^3$:
To find an empirical formula from masses or percentages:
Divide each element's mass (or %) by its $A_r$.
Divide all the answers by the smallest one to get the simplest ratio.
To find the molecular formula, compare the empirical formula mass with the real $M_r$ and multiply up.
Worked example. A compound contains $40\%$ calcium, $12\%$ carbon and $48\%$ oxygen by mass. Find its empirical formula. ($A_r$: Ca $= 40$, C $= 12$, O $= 16$.)
Divide each percentage by its $A_r$: Ca $= 40/40 = 1$, C $= 12/12 = 1$, O $= 48/16 = 3$. The ratio is $1 : 1 : 3$, so the empirical formula is $\text{CaCO}_3$.
Percentages
Percentage yield 产率 compares how much product you actually got with the most you could get: $\dfrac{\text{actual}}{\text{theoretical}} \times 100$.
Percentage composition by mass 质量分数 of an element $= \dfrac{\text{mass of the element}}{M_r} \times 100$.
Percentage purity 纯度$= \dfrac{\text{mass of pure substance}}{\text{mass of impure sample}} \times 100$.
Worked example. Find the percentage by mass of nitrogen in ammonium nitrate, $\text{NH}_4\text{NO}_3$. ($A_r$: N $= 14$, H $= 1$, O $= 16$.)
$M_r = (2 \times 14) + (4 \times 1) + (3 \times 16) = 80$. The mass of nitrogen is $2 \times 14 = 28$, so
Uma titration mede exatamente quanto ácido reage com uma base.
A maioria dos cálculos segue os mesmos passos: converta a quantidade conhecida em moles, use a equação balanceada para encontrar as moles do que você quer, depois converta de volta para massa, volume ou concentração.
Exemplo resolvido. Que massa de óxido de magnésio se forma quando 12 g de magnésio queimam completamente? $2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}$. ($A_r$: Mg $= 24$, O $= 16$.)
Moles de Mg $= 12 / 24 = 0.5$ mol. A razão Mg : MgO é $1 : 1$, então $0.5$ mol de MgO se forma. Sua massa molar é $24 + 16 = 40$ g/mol, então a massa é $0.5 \times 40 = 20$ g — a mesma resposta que o método de proporção simples acima.
Reagente limitante
Quando dois reagentes são misturados, muitas vezes um acaba primeiro. Este é o reagente limitante 限量反应物. Ele determina quanto produto pode se formar; qualquer outro reagente está em excesso (sobra).
B acaba primeiro, então é o reagente limitante e define quanto produto se forma; o A sobrando fica em excesso
Exemplo resolvido. 8 g de hidrogênio reagem com 8 g de oxigênio: $2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}$. Qual é o reagente limitante e qual massa de água se forma? ($A_r$: H $= 1$, O $= 16$.)
Moles de $\text{H}_2 = 8 / 2 = 4$ mol; moles de $\text{O}_2 = 8 / 32 = 0.25$ mol. A equação precisa de $2\text{H}_2$ para cada um $\text{O}_2$, então $0.25$ mol de $\text{O}_2$ reage com apenas $0.5$ mol de $\text{H}_2$. Há muito mais hidrogênio do que isso, então oxigênio é o reagente limitante e o hidrogênio está em excesso. O oxigênio faz $2 \times 0.25 = 0.5$ mol de água, então a massa é $0.5 \times 18 = 9$ g. Sempre trabalhe em moles, não em massas — o reagente com menor massa nem sempre é o que acaba.
Cálculo de titration
Em uma titration 滴定 você mede o volume de uma solução que reage com outra. Do volume e concentração você encontra as moles de um soluto 溶质, então usa a razão da equação para encontrar as moles, concentração ou volume do outro.
Exemplo resolvido.$25.0 \text{ cm}^3$ de solução de hidróxido de sódio é neutralizada exatamente por $20.0 \text{ cm}^3$ de $0.10 \text{ mol/dm}^3$ ácido clorídrico. $\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}$. Encontre a concentração do hidróxido de sódio.
Moles de HCl $= 0.10 \times \dfrac{20.0}{1000} = 0.0020$ mol. A razão é $1 : 1$, então há $0.0020$ mol de NaOH em $25.0 \text{ cm}^3$:
O cálculo de titration: solução conhecida para moles, razão, depois a concentração desconhecida
Fórmulas empíricas e moleculares a partir de dados
Para encontrar uma fórmula empírica a partir de massas ou percentuais:
Divida a massa (ou %) de cada elemento pelo seu $A_r$.
Divida todas as respostas pelo menor delas para obter a razão mais simples.
Para encontrar a fórmula molecular, compare a massa da fórmula empírica com a real $M_r$ e multiplique até ajustar.
Exemplo resolvido. Um composto contém $40\%$ cálcio, $12\%$ carbono e $48\%$ oxigênio em massa. Encontre sua fórmula empírica. ($A_r$: Ca $= 40$, C $= 12$, O $= 16$.)
Divida cada porcentagem pelo seu $A_r$: Ca $= 40/40 = 1$, C $= 12/12 = 1$, O $= 48/16 = 3$. A proporção é $1 : 1 : 3$, então a fórmula empírica é $\text{CaCO}_3$.
Percentuais
Rendimento percentual 产率 compara quanto produto você obteve realmente com o máximo que poderia obter: $\dfrac{\text{actual}}{\text{theoretical}} \times 100$.
Composição percentual em massa 质量分数 de um elemento $= \dfrac{\text{mass of the element}}{M_r} \times 100$.
Pureza percentual 纯度$= \dfrac{\text{mass of pure substance}}{\text{mass of impure sample}} \times 100$.
Exemplo resolvido. Encontre o percentual em massa de nitrogênio no nitrato de amônio, $\text{NH}_4\text{NO}_3$. ($A_r$: N $= 14$, H $= 1$, O $= 16$.)
$M_r = (2 \times 14) + (4 \times 1) + (3 \times 16) = 80$. A massa de nitrogênio é $2 \times 14 = 28$, então
Always turn masses, gas volumes and concentrations into moles first, use the balanced equation's ratio, then convert back. Never compare masses directly across an equation.
Key formulas: $n = \dfrac{\text{mass}}{M_r}$, gas volume $= n \times 24\ \text{dm}^3$ at r.t.p., and concentration $= \dfrac{n}{\text{volume in dm}^3}$. Change cm³ to dm³ by dividing by 1000.
To balance a symbol equation you may only change the big numbers in front of a formula, never the small subscripts inside it.
The limiting reactant is the one that runs out (fewest moles once you allow for the ratio); it sets how much product forms. The other reactant is in excess.
Percentage yield = actual ÷ theoretical × 100; percentage purity = mass of pure substance ÷ mass of sample × 100. Both are always 100% or less.
Português
Sempre transforme massas, volumes de gás e concentrações em moles primeiro, use a razão da equação balanceada, depois converta de volta. Nunca compare massas diretamente através de uma equação.
Fórmulas-chave: $n = \dfrac{\text{mass}}{M_r}$, volume de gás $= n \times 24\ \text{dm}^3$ à r.t.p., e concentração $= \dfrac{n}{\text{volume in dm}^3}$. Converta cm³ para dm³ dividindo por 1000.
Para balancear uma equação simbólica você só pode mudar os números grandes na frente de uma fórmula, nunca os subscritos pequenos dentro dela.
O reagente limitante é aquele que acaba (menos moles uma vez considerada a razão); ele define quanto produto se forma. O outro reagente está em excesso.
Rendimento percentual = real ÷ teórico × 100; pureza percentual = massa da substância pura ÷ massa da amostra × 100. Ambos são sempre 100% ou menos.
1 Define electrolysis as the decomposition of an ionic compound, when molten or in aqueous solution, by the passage of an electric current
8 Describe the transfer of charge during electrolysis to include: (a) the movement of electrons in the external circuit (b) the loss or gain of electrons at the electrodes (c) the movement of ions in the electrolyte
2 Identify in simple electrolytic cells: (a) the anode as the positive electrode (b) the cathode as the negative electrode (c) the electrolyte as the molten or aqueous substance that undergoes electrolysis
3 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of: (a) molten lead(II) bromide (b) concentrated aqueous sodium chloride (c) dilute sulfuric acid using inert electrodes made of platinum or carbon/graphite
9 Identify the products formed at the electrodes and describe the observations made during the electrolysis of aqueous copper(II) sulfate using inert carbon/graphite electrodes and when using copper electrodes
4 State that metals or hydrogen are formed at the cathode and that non-metals (other than hydrogen) are formed at the anode
5 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a binary compound in the molten state
10 Predict the identity of the products at each electrode for the electrolysis of a halide compound in dilute or concentrated aqueous solution
11 Construct ionic half-equations for reactions at the anode (to show oxidation) and at the cathode (to show reduction)
6 State that metal objects are electroplated to improve their appearance and resistance to corrosion
7 Describe how metals are electroplated
Português
Central
Suplementar
1 Definir eletrólise como a decomposição de um composto iônico, quando fundido ou em solução aquosa, pela passagem de corrente elétrica
8 Descrever a transferência de carga durante a eletrólise para incluir: (a) o movimento de elétrons no circuito externo (b) a perda ou ganho de elétrons nos eletrodos (c) o movimento de íons no eletrólito
2 Identificar em células eletrolíticas simples: (a) o ânodo como o eletrodo positivo (b) o cátodo como o eletrodo negativo (c) o eletrólito como a substância fundida ou aquosa que sofre eletrólise
3 Identificar os produtos formados nos eletrodos e descrever as observações feitas durante a eletrólise de: (a) brometo de chumbo(II) fundido (b) cloreto de sódio aquoso concentrado (c) ácido sulfúrico diluído usando eletrodos inertes de platina ou carbono/grafite
9 Identificar os produtos formados nos eletrodos e descrever as observações feitas durante a eletrólise de sulfato de cobre(II) aquoso usando eletrodos inertes de carbono/grafite e quando usando eletrodos de cobre
4 Declarar que metais ou hidrogênio são formados no cátodo e que não-metais (outros que hidrogênio) são formados no ânodo
5 Prever a identidade dos produtos em cada eletrodo para a eletrólise de um composto binário no estado fundido
10 Prever a identidade dos produtos em cada eletrodo para a eletrólise de um composto halogeneto em solução aquosa diluída ou concentrada
11 Construir semi-equações iônicas para reações no ânodo (para mostrar oxidação) e no cátodo (para mostrar redução)
6 Declarar que objetos metálicos são galvanizados para melhorar sua aparência e resistência à corrosão
7 Descrever como os metais são galvanizados
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Electrolysis: ions discharge at the electrodes
Electrolysis 电解 is the breaking down (decomposition 分解) of an ionic compound 离子化合物 — when it is molten 熔融 or in aqueous 水溶液 solution — by passing an electric current 电流 through it.
It only works when the substance is molten or dissolved, because then the ions 离子 are free to move and carry the charge. A solid ionic compound cannot be electrolysed because its ions are locked in place.
The electrolytic cell
The set-up is called an electrolytic cell 电解池. Two electrodes 电极 (solid conductors) dip into the electrolyte 电解质 — the molten or aqueous substance being broken down.
The anode 阳极 is the positive ($+$) electrode.
The cathode 阴极 is the negative ($-$) electrode.
The electrodes are often inert 惰性 (they do not react), such as platinum 铂 or carbon/graphite 石墨.
What is formed at each electrode
There is a simple rule:
Metals 金属 or hydrogen 氢气 are formed at the cathode.
Non-metals 非金属 (other than hydrogen) are formed at the anode.
For aqueous solutions, the product can depend on whether the solution is dilute 稀 or concentrated 浓. Here are the three Core examples:
Electrolyte
At the cathode ($-$)
At the anode ($+$)
molten lead(II) bromide, $\text{PbBr}_2$
lead 铅 (silvery liquid)
bromine 溴 (red-brown vapour)
concentrated aqueous sodium chloride
hydrogen (bubbles of gas)
chlorine 氯气 (pale green gas)
dilute sulfuric acid 硫酸
hydrogen (bubbles of gas)
oxygen 氧气 (bubbles of gas)
Worked example. Predict the products of electrolysing molten zinc chloride, $\text{ZnCl}_2$. Because it is molten, only zinc ions and chloride ions are present - there is no water to complicate things. Zinc is a metal, so it forms at the cathode: $\text{Zn}^{2+}$ ions gain electrons and silvery zinc appears. Chlorine is a non-metal, so it forms at the anode: pale green chlorine gas bubbles off. Always check the state first. A molten compound simply gives you its own two elements, while an aqueous one brings water into the competition - which is why concentrated sodium chloride solution gives hydrogen at the cathode rather than sodium.
How the charge moves
During electrolysis:
Electrons 电子 move through the wires (the external circuit 外电路) from the power supply.
At the cathode, positive ions gain electrons. Gaining electrons is reduction 还原.
At the anode, negative ions lose electrons. Losing electrons is oxidation 氧化.
Inside the electrolyte, the ions move: positive ions go to the cathode and negative ions go to the anode.
You can write a half-equation 半反应式 for each electrode. For molten lead(II) bromide:
The product at the anode depends on the electrode:
With inert carbon electrodes: copper 铜 forms at the cathode and oxygen forms at the anode. The blue colour of the solution slowly fades as copper is removed.
With copper electrodes: copper forms at the cathode, while the anode itself dissolves into the solution. The blue colour stays the same. This is used to purify copper.
Electroplating
Electroplating 电镀 means covering a metal object with a thin layer of another metal. This improves its appearance and its resistance to corrosion 腐蚀 (rusting and wearing away).
To electroplate an object:
the object to be coated is made the cathode;
the plating metal is made the anode;
the electrolyte is a solution containing ions of the plating metal.
Português
Eletrólise: íons são descarregados nos eletrodos
Eletrólise 电解 é a decomposição (decomposition 分解) de um composto iônico 离子化合物 — quando está fundido 熔融 ou em solução aquosa 水溶液 — passando uma corrente elétrica 电流 através dele.
Uma célula de eletrólise divide um composto usando uma corrente elétrica.
Só funciona quando a substância está fundida ou dissolvida, porque então os íons 离子 estão livres para se mover e carregar a corrente. Um composto iônico sólido não pode ser eletrolisado porque seus íons estão travados no lugar.
Eletrólise da água: bolhas de gás saem em cada eletrodo e se acumulam nos tubos acima, com cerca de duas vezes mais hidrogênio do que oxigênio
A célula eletrolítica
A configuração é chamada de célula eletrolítica 电解池. Dois eletrodos 电极 (condutores sólidos) mergulham no eletrólito 电解质 — a substância fundida ou aquosa sendo decomposta.
O ânodo 阳极 é o eletrodo positivo ($+$).
O catodo 阴极 é o eletrodo negativo ($-$).
Os eletrodos são frequentemente inertes 惰性 (não reagem), como platina 铂 ou carbono/grafite 石墨.
O que é formado em cada eletrodo
Existe uma regra simples:
Metais e hidrogênio formam-se no catodo; ametais no ânodo
Metais 金属 or hidrogênio 氢气 são formados no cátodo.
Não-metais 非金属 (exceto hidrogênio) são formados no ânodo.
Para soluções aquosas, o produto pode depender se a solução é diluída 稀 ou concentrada 浓. Aqui estão os três exemplos centrais:
Eletrólito
No cátodo ($-$)
No ânodo ($+$)
brometo de chumbo(II) fundido, $\text{PbBr}_2$
chumbo 铅 (líquido prateado)
bromo 溴 (vapor vermelho-acastanhado)
cloreto de sódio aquoso concentrado
hidrogênio (bolhas de gás)
cloro 氯气 (gás verde-claro)
ácido sulfúrico diluído sulfuric acid 硫酸
hidrogênio (bolhas de gás)
oxigênio 氧气 (bolhas de gás)
Exemplo resolvido. Preveja os produtos da eletrólise do cloreto de zinco fundido, $\text{ZnCl}_2$. Como está fundido, apenas íons de zinco e íons de cloreto estão presentes - não há água para complicar as coisas. O zinco é um metal, então forma-se no cátodo: $\text{Zn}^{2+}$ íons ganham elétrons e zinco prateado aparece. O cloro é um não-metal, então forma-se no ânodo: gás cloro verde-claro borbulha para fora. Sempre verifique o estado primeiro. Um composto fundido simplesmente fornece seus próprios dois elementos, enquanto um aquoso traz a água para a competição - é por isso que a solução de cloreto de sódio concentrada dá hidrogênio no cátodo em vez de sódio.
Como a carga se move
Durante a eletrólise:
Elétrons 电子 movem-se através dos fios (o circuito externo 外电路) a partir da fonte de alimentação.
No cátodo, íons positivos ganham elétrons. Ganhar elétrons é redução 还原.
No ânodo, íons negativos perdem elétrons. Perder elétrons é oxidação 氧化.
Dentro do eletrólito, os íons movem-se: íons positivos vão para o cátodo e íons negativos vão para o ânodo.
Você pode escrever uma equação de semirreação 半反应式 para cada eletrodo. Para o brometo de chumbo(II) fundido:
No brometo de chumbo(II) fundido, $\text{Pb}^{2+}$ move-se para o cátodo e $\text{Br}^-$ para o ânodo, onde cada um é descarregado
Eletrólise de sulfato de cobre(II)
O produto no ânodo depende do eletrodo:
Com eletrodos de carbono inertes: cobre 铜 forma-se no cátodo e oxigênio forma-se no ânodo. A cor azul da solução desbota lentamente à medida que o cobre é removido.
Com eletrodos de cobre: cobre forma-se no cátodo, enquanto o próprio ânodo dissolve-se na solução. A cor azul permanece a mesma. Isso é usado para purificar o cobre.
Galvanoplastia
Galvanoplastia 电镀 significa cobrir um objeto metálico com uma fina camada de outro metal. Isso melhora sua aparência e sua resistência à corrosão 腐蚀 (ferrugem e desgaste).
Para galvanoplastiar um objeto:
o objeto a ser revestido torna-se o cátodo;
o metal de revestimento torna-se o ânodo;
o eletrólito é uma solução contendo íons do metal de revestimento.
Para galvanizar, faça do objeto o catodo e do metal de revestimento o ânodo, em uma solução dos íons do metal de revestimento
Explore · Explorar
Dentro de uma célula de eletrólise
Escolha um eletrólito e observe os iões moverem-se: iões positivos para o cátodo, iões negativos para o ânodo.
It is useful to compare a fuel cell with a normal petrol (gasoline) engine in a vehicle.
Hydrogen–oxygen fuel cell
Petrol engine
Main product
water only
carbon dioxide and pollutants 污染物
Effect on air
clean
adds to air pollution
Fuel storage
hydrogen is hard and dangerous to store (flammable, needs high pressure)
petrol is easy to store
Source
hydrogen may be made using fossil fuels
made from crude oil
Advantages of the fuel cell: the only product is water, so it does not pollute the air, and it changes chemical energy into electricity efficiently. Disadvantages: hydrogen is hard to store and transport safely, and producing the hydrogen can still use energy from fossil fuels.
Português
Uma pilha a combustível 燃料电池 usa hidrogênio e oxigênio para gerar eletricidade diretamente. O único produto químico é a água.
Uma pilha a hidrogênio-oxigênio converte energia química diretamente em eletricidade, com água como único produto
É útil comparar uma pilha a combustível com um motor a gasolina normal em um veículo.
Pilha a hidrogênio-oxigênio
Motor a gasolina
Produto principal
apenas água
dióxido de carbono e poluentes 污染物
Efeito no ar
limpo
aumenta a poluição do ar
Armazenamento de combustível
hidrogênio é difícil e perigoso de armazenar (inflamável, precisa de alta pressão)
gasolina é fácil de armazenar
Fonte
hidrogênio pode ser produzido usando combustíveis fósseis
obtida do petróleo bruto
Vantagens da pilha a combustível: o único produto é a água, então não polui o ar, e ela converte energia química em eletricidade eficientemente. Desvantagens: o hidrogênio é difícil de armazenar e transportar com segurança, e produzir o hidrogênio ainda pode usar energia de combustíveis fósseis.
Explore · Explorar
Dentro de uma célula a combustível de hidrogênio-oxigênio
Passe por uma célula a combustível. Hidrogênio e oxigênio combinam para formar água, e a energia dessa reação é liberada como eletricidade — sem dióxido de carbono.
At the cathode (negative) you get a metal or hydrogen; at the anode (positive) you get a non-metal. Positive ions move to the cathode, negative ions to the anode.
A molten compound just gives its two elements. An aqueous solution can give something different (concentrated sodium chloride gives hydrogen and chlorine, not sodium).
Reduction is gain of electrons (at the cathode); oxidation is loss of electrons (at the anode). Remember OIL RIG.
In a half-equation the atoms and the charges must balance, with the electrons on the correct side: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cathode).
To electroplate an object, make it the cathode, make the plating metal the anode, and use a solution containing ions of the plating metal.
Português
No cátodo (negativo) você obtém um metal ou hidrogênio; no ânodo (positivo) você obtém um não-metal. Íons positivos movem-se para o cátodo, íons negativos para o ânodo.
Um composto fundido apenas fornece seus dois elementos. Uma solução aquosa pode dar algo diferente (cloreto de sódio concentrado dá hidrogênio e cloro, não sódio).
Redução é ganho de elétrons (no cátodo); oxidação é perda de elétrons (no ânodo). Lembre-se de OIL RIG.
Em uma equação de semirreação os átomos e as cargas devem estar equilibrados, com os elétrons no lado correto: $\text{Pb}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Pb}$ (cátodo).
Para galvanoplastiar um objeto, torne-o o cátodo, torne o metal de revestimento o ânodo e use uma solução contendo íons do metal de revestimento.
Exothermic and endothermic reactions · Reações exotérmicas e endotérmicas
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 State that an exothermic reaction transfers thermal energy to the surroundings leading to an increase in the temperature of the surroundings
4 State that the transfer of thermal energy during a reaction is called the enthalpy change, $\Delta H$, of the reaction. $\Delta H$ is negative for exothermic reactions and positive for endothermic reactions
2 State that an endothermic reaction takes in thermal energy from the surroundings leading to a decrease in the temperature of the surroundings
5 Define activation energy, $E_a$, as the minimum energy that colliding particles must have to react
3 Interpret reaction pathway diagrams showing exothermic and endothermic reactions
6 Draw and label reaction pathway diagrams for exothermic and endothermic reactions using information provided, to include: (a) reactants (b) products (c) enthalpy change of the reaction, $\Delta H$ (d) activation energy, $E_a$
7 State that bond breaking is an endothermic process and bond making is an exothermic process and explain the enthalpy change of a reaction in terms of bond breaking and bond making
8 Calculate the enthalpy change of a reaction using bond energies
Português
Central
Suplementar
1 Declarar que uma reação exotérmica transfere energia térmica para o meio ambiente, levando a um aumento na temperatura do mesmo
4 Declarar que a transferência de energia térmica durante uma reação é chamada de variação de entalpia, $\Delta H$, da reação. $\Delta H$ é negativa para reações exotérmicas e positiva para reações endotérmicas
2 Declarar que uma reação endotérmica absorve energia térmica do meio ambiente, levando a uma diminuição na temperatura do mesmo
5 Definir energia de ativação, $E_a$, como a energia mínima que as partículas colidentes devem ter para reagir
3 Interpretar diagramas de via de reação mostrando reações exotérmicas e endotérmicas
6 Desenhar e rotular diagramas de via de reação para reações exotérmicas e endotérmicas usando informações fornecidas, para incluir: (a) reagentes (b) produtos (c) variação de entalpia da reação, $\Delta H$ (d) energia de ativação, $E_a$
7 Declarar que a ruptura de ligações é um processo endotérmico e a formação de ligações é um processo exotérmico, e explicar a variação de entalpia de uma reação em termos de ruptura e formação de ligações
8 Calcular a variação de entalpia de uma reação usando energias de ligação
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Reaction profile: exothermic energy change
In every chemical reaction, energy is transferred. The reaction is either exothermic or endothermic, depending on which way the energy moves.
An exothermic reaction 放热反应 gives out thermal energy 热能 to the surroundings 环境. So the temperature of the surroundings goes up.
An endothermic reaction 吸热反应 takes in thermal energy from the surroundings. So the temperature of the surroundings goes down.
Examples of exothermic reactions are combustion 燃烧 (burning a fuel) and neutralisation 中和 (an acid reacting with an alkali). An example of an endothermic reaction is the thermal decomposition 分解 of a compound (breaking it down using heat).
Português
Perfil de reação: mudança de energia exotérmicaQueimar madeira é exotérmico, liberando calor para o ambiente.
Em toda reação química, a energia é transferida. A reação é exotérmica ou endotérmica, dependendo da direção do fluxo de energia.
Uma reação exotérmica 放热反应 libera energia térmica 热能 para o ambiente 环境. Então a temperatura do ambiente sobe para cima.
Uma reação endotérmica 吸热反应 absorve energia térmica do ambiente. Então a temperatura do ambiente desce para baixo.
Exemplos de reações exotérmicas são combustão 燃烧 (queimar um combustível) e neutralização 中和 (um ácido reagindo com uma base). Um exemplo de reação endotérmica é a decomposição térmica decomposition 分解 de um composto (quebrá-lo usando calor).
Uma reação exotérmica aquece os arredores; uma reação endotérmica os esfria
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Exotérmico & endotérmico
ΔH = produtos − reagentes
Exotérmico desce para produtos de menor energia (libera calor); endotérmico sobe para maior energia.
The amount of thermal energy transferred in a reaction is called the enthalpy change 焓变. It is written as $\Delta H$ and has these signs:
$\Delta H$ is negative for an exothermic reaction, because energy leaves the chemicals.
$\Delta H$ is positive for an endothermic reaction, because energy is taken in.
Português
A quantidade de energia térmica transferida em uma reação é chamada de variação de entalpia 焓变. Ela é escrita como $\Delta H$ e tem estes sinais:
$\Delta H$ é negativo para uma reação exotérmica, porque a energia sai dos químicos.
$\Delta H$ é positivo para uma reação endotérmica, porque a energia é absorvida.
Uma chama de Bunsen fornece energia: variação de entalpia ΔH é o calor transferido a pressão constante
5.1
Activation energy · Energia de ativação
English
Particles do not react every time they meet. The activation energy 活化能 ($E_a$) is the smallest amount of energy that colliding 碰撞particles 粒子 must have before they can react. It is like a hill the particles must get over before the reaction can happen.
Português
As partículas não reagem toda vez que se encontram. A energia de ativação 活化能 ($E_a$) é a menor quantidade de energia que partículas colidindo 碰撞particles 粒子 devem ter antes que possam reagir. É como uma colina que as partículas precisam ultrapassar antes que a reação possa acontecer.
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Energia de ativação
Ea = a barreira de energia
Toda reação deve subir a barreira de energia de ativação antes que os produtos possam se formar.
Reaction pathway diagrams · Diagramas de caminho de reação
English
A reaction pathway diagram 反应进程图 shows how the energy changes as a reaction happens. Energy is on the vertical axis, and the progress of the reaction is on the horizontal axis.
The line starts at the energy level of the reactants 反应物.
It rises over a 'hill' — the height of this hill is the activation energy $E_a$.
It then falls or rises to the energy level of the products 生成物.
The gap between the reactant level and the product level is the enthalpy change $\Delta H$.
For an exothermic reaction, the products are lower than the reactants, so energy is given out and $\Delta H$ is negative.
For an endothermic reaction, the products are higher than the reactants, so energy is taken in and $\Delta H$ is positive.
Português
Um diagrama de caminho de reação 反应进程图 mostra como as energias mudam conforme uma reação ocorre. A energia está no eixo vertical, e o progresso da reação está no eixo horizontal.
A linha começa no nível de energia dos reativos 反应物.
Ele sobe sobre uma 'colina' — a altura dessa colina é a energia de ativação $E_a$.
Depois ela desce ou sobe até o nível de energia dos produtos 生成物.
A diferença entre o nível dos reagentes e o nível dos produtos é a variação de entalpia $\Delta H$.
Para uma reação exotérmica, os produtos estão abaixo dos reagentes, então a energia é liberada e $\Delta H$ é negativo.
Para uma reação endotérmica, os produtos estão acima dos reagentes, então a energia é absorvida e $\Delta H$ é positivo.
Reações exotérmicas terminam mais baixas do que começam ($\Delta H<0$); reações endotérmicas terminam mais altas ($\Delta H>0$)
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Diagramas de vias de reação
Arraste ΔH e a energia de ativação. Exotérmica liberta energia; endotérmica absorve-a; a elevação é a barreira energética.
5.1
Bonds and energy · Ligações e energia
English
A reaction involves breaking the bonds in the reactants and making new bonds in the products.
Bond breaking 断键 takes in energy, so it is an endothermic step.
Bond making 成键 gives out energy, so it is an exothermic step.
The bond energy 键能 is the energy needed to break one mole of a particular bond. You can use bond energies to find the enthalpy change:
$$\Delta H = (\text{energy to break all bonds}) - (\text{energy released making all bonds})$$
If more energy is given out making bonds than is taken in breaking bonds, the reaction is exothermic ($\Delta H$ negative). If less energy is given out, it is endothermic ($\Delta H$ positive).
Worked example
For the reaction $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$, use these bond energies (in kJ/mol): H–H $= 436$, Cl–Cl $= 242$, H–Cl $= 431$.
Bonds broken: one H–H and one Cl–Cl $= 436 + 242 = 678$.
Bonds made: two H–Cl $= 2 \times 431 = 862$.
$$\Delta H = 678 - 862 = -184 \text{ kJ/mol}$$
The answer is negative, so this reaction is exothermic.
Português
Quebrar e formar ligações transfere energia — a chama a fornece aqui.
Uma reação envolve quebrar as ligações nos reagentes e formar novas ligações nos produtos.
Quebra de ligação 断键 absorve energia, então é uma etapa endotérmica.
Formação de ligação 成键 libera energia, então é uma etapa exotérmica.
A energia de ligação 键能 é a energia necessária para quebrar um mol de uma ligação específica. Você pode usar energias de ligação para encontrar a variação de entalpia:
$$\Delta H = (\text{energy to break all bonds}) - (\text{energy released making all bonds})$$
Se mais energia é liberada formando ligações do que é absorvida quebrando ligações, a reação é exotérmica ($\Delta H$ negativo). Se menos energia é liberada, é endotérmica ($\Delta H$ positivo).
Exemplo resolvido
Para a reação $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$, use estas energias de ligação (em kJ/mol): H–H $= 436$, Cl–Cl $= 242$, H–Cl $= 431$.
Ligações quebradas: uma H–H e uma Cl–Cl $= 436 + 242 = 678$.
Ligações formadas: duas H–Cl $= 2 \times 431 = 862$.
$$\Delta H = 678 - 862 = -184 \text{ kJ/mol}$$
A resposta é negativa, então esta reação é exotérmica.
Quebrar ligações absorve energia ($+678$); formar ligações libera mais ($-862$); então $\Delta H = -184$ kJ/mol
Exothermic gives out heat, so the surroundings warm up and $\Delta H$ is negative; endothermic takes in heat, so the surroundings cool and $\Delta H$ is positive.
Bond breaking takes energy in (endothermic); bond making gives energy out (exothermic). Use $\Delta H = (\text{energy to break bonds}) - (\text{energy released making bonds})$.
If more energy is released making bonds than is used breaking them, the reaction is exothermic. Always check the sign of your final answer.
On a reaction pathway diagram, an exothermic reaction ends lower than it starts; an endothermic one ends higher. The height of the hill is the activation energy.
Português
Exotérmica libera calor, então o ambiente esquenta e $\Delta H$ é negativo; endotérmica absorve calor, então o ambiente esfria e $\Delta H$ é positivo.
Quebra de ligação absorve energia (endotérmica); formação de ligação libera energia (exotérmica). Use $\Delta H = (\text{energy to break bonds}) - (\text{energy released making bonds})$.
Se mais energia for liberada formando ligações do que usada quebrando-as, a reação é exotérmica. Sempre verifique o sinal da sua resposta final.
Em um diagrama de via de reação, uma reação exotérmica termina abaixo de onde começou; uma endotérmica termina acima. A altura da colina é a energia de ativação.
Physical and chemical changes · Mudanças físicas e químicas
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Identify physical and chemical changes, and describe the differences between them
Português
Central
Suplementar
1 Identificar mudanças físicas e químicas, e descrever as diferenças entre elas
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
A physical change 物理变化 does not make a new substance. The substance only changes its state or shape, and the change can usually be reversed. Melting ice and dissolving sugar are physical changes.
A chemical change 化学变化 (a chemical reaction) makes one or more new substances and is usually hard to reverse. Signs of a chemical change include a colour change, a gas being given off, an energy change, or a precipitate 沉淀 (a solid) forming.
Physical change
Chemical change
no new substance made
new substance(s) made
easy to reverse
usually hard to reverse
e.g. melting, boiling, dissolving
e.g. burning, rusting
Português
A ferrugem do ferro é uma mudança química — ela forma uma nova substância.
Uma mudança física 物理变化 não produz uma nova substância. A substância apenas muda de estado ou forma, e a mudança geralmente pode ser revertida. O derretimento do gelo e a dissolução do açúcar são mudanças físicas.
Uma mudança química 化学变化 (uma reação química) produz uma ou mais novas substâncias e geralmente é difícil de reverter. Sinais de uma mudança química incluem mudança de cor, liberação de gás, mudança de energia ou formação de um precipitado 沉淀 (um sólido).
Mudança física
Mudança química
nenhuma nova substância formada
nova(s) substância(s) formada(s)
fácil de reverter
geralmente difícil de reverter
p.ex. fusão, ebulição, dissolução
p.ex. queima, ferrugem
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Mudança física vs mudança química
Passe pela diferença. Uma mudança física não forma nova substância e geralmente é fácil de reverter; uma mudança química forma uma nova substância e é difícil de desfazer.
6.2
Rate of reaction · Taxa de reação
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
5 Describe collision theory in terms of: (a) number of particles per unit volume (b) frequency of collisions between particles (c) kinetic energy of particles (d) activation energy, $E_a$
1 Describe the effect on the rate of reaction of: (a) changing the concentration of solutions (b) changing the pressure of gases (c) changing the surface area of solids (d) changing the temperature (e) adding or removing a catalyst, including enzymes
6 Describe and explain the effect on the rate of reaction of: (a) changing the concentration of solutions (b) changing the pressure of gases (c) changing the surface area of solids (d) changing the temperature (e) adding or removing a catalyst, including enzymes using collision theory
2 State that a catalyst increases the rate of a reaction and is unchanged at the end of a reaction
7 State that a catalyst decreases the activation energy, $E_a$, of a reaction
3 Describe practical methods for investigating the rate of a reaction including change in mass of a reactant or a product and the formation of a gas
8 Evaluate practical methods for investigating the rate of a reaction including change in mass of a reactant or a product and the formation of a gas
4 Interpret data, including graphs, from rate of reaction experiments
Português
Central
Suplementar
5 Descrever a teoria das colisões em termos de: (a) número de partículas por unidade de volume (b) frequência de colisões entre partículas (c) energia cinética das partículas (d) energia de ativação, $E_a$
1 Descrever o efeito na taxa de reação de: (a) alterar a concentração de soluções (b) alterar a pressão de gases (c) alterar a área superficial de sólidos (d) alterar a temperatura (e) adicionar ou remover um catalisador, incluindo enzimas
6 Descrever e explicar o efeito na taxa de reação de: (a) alterar a concentração de soluções (b) alterar a pressão de gases (c) alterar a área superficial de sólidos (d) alterar a temperatura (e) adicionar ou remover um catalisador, incluindo enzimas usando a teoria das colisões
2 Declarar que um catalisador aumenta a taxa de uma reação e permanece inalterado no final de uma reação
7 Declarar que um catalisador diminui a energia de ativação, $E_a$, de uma reação
3 Descrever métodos práticos para investigar a taxa de uma reação, incluindo mudança na massa de um reagente ou produto e a formação de um gás
8 Avaliar métodos práticos para investigar a taxa de uma reação, incluindo mudança na massa de um reagente ou produto e a formação de um gás
4 Interpretar dados, incluindo gráficos, de experimentos de taxa de reação
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Collision theory: energy and orientation
The rate of reaction 反应速率 tells you how fast the reactants 反应物 change into products 生成物.
Collision theory
Collision theory 碰撞理论 explains what controls the rate. For a reaction to happen, the particles 粒子 must collide 碰撞, and they must collide with enough energy. The least energy they need is the activation energy 活化能 ($E_a$). A faster rate happens when the particles have successful collisions more often.
What changes the rate
Change
Effect
Reason (collision theory)
increase concentration 浓度 of a solution
faster
more particles in the same volume, so collisions happen more often
increase pressure 压强 of gases
faster
particles are pushed closer, so collisions happen more often
increase surface area 表面积 of a solid
faster
more particles are exposed, so collisions happen more often
increase temperature
faster
particles gain kinetic energy 动能 and move faster, so collisions are more frequent and more of them have enough energy
add a catalyst 催化剂
faster
the catalyst lowers the activation energy, so more collisions are successful
Catalysts
A catalyst speeds up a reaction but is not used up — it is unchanged at the end. It works by lowering the activation energy. Enzymes 酶 are biological catalysts (catalysts that work in living things).
Measuring the rate
You can follow a reaction over time in these ways:
Change in mass: stand the flask on a balance. If a gas escapes, the mass falls. Record the mass at regular times.
Volume of gas: collect the gas in a gas syringe 注射器 and read its volume at regular times.
Formation of a precipitate: in a reaction that turns cloudy, time how long it takes for a mark under the flask to disappear.
On a graph of product against time, the line is steepest at the start (fastest rate), becomes less steep as reactants are used up, and goes flat when the reaction has finished.
Português
Teoria das colisões: energia e orientação
A taxa de reação 反应速率 indica quão rápido os reativos 反应物 se transformam em produtos 生成物.
Teoria das colisões
Teoria das colisões 碰撞理论 explica o que controla a taxa. Para que uma reação ocorra, as partículas 粒子 devem colidir 碰撞, e devem colidir com energia suficiente. A menor energia necessária é a energia de ativação 活化能 ($E_a$). Uma taxa mais rápida ocorre quando as partículas têm colisões bem-sucedidas com maior frequência.
O que altera a taxa
Alteração
Efeito
Razão (teoria das colisões)
aumentar a concentração 浓度 de uma solução
mais rápida
mais partículas no mesmo volume, então colisões ocorrem com mais frequência
aumentar a pressão 压强 dos gases
mais rápida
partículas são empurradas para mais perto, então colisões ocorrem com mais frequência
aumentar a área de superfície 表面积 de um sólido
mais rápida
mais partículas ficam expostas, então colisões ocorrem com mais frequência
aumentar a temperatura
mais rápida
partículas ganham energia cinética 动能 e se movem mais rápido, então colisões são mais frequentes e mais delas possuem energia suficiente
adicionar um catalisador 催化剂
mais rápida
o catalisador reduz a energia de ativação, então mais colisões são bem-sucedidas
Mais partículas no mesmo volume colidem com mais frequência, então a taxa é mais rápidaQuebrar um sólido em pó expõe muito mais superfície, então a taxa é mais rápida
Catalisadores
Um catalisador acelera uma reação, mas não é consumido — permanece inalterado no final. Ele atua reduzindo a energia de ativação. Enzimas 酶 são catalisadores biológicos (catalisadores que funcionam em seres vivos).
Um catalisador fornece uma energia de ativação mais baixa para que mais colisões sejam bem-sucedidas; $\Delta H$ permanece inalterado
Medindo a taxa
Você pode acompanhar uma reação ao longo do tempo destas formas:
Variação de massa: coloque o frasco sobre uma balança. Se um gás escapar, a massa diminui. Registre a massa em intervalos regulares de tempo.
Volume de gás: colete o gás em uma seringa de gás 注射器 e leia seu volume em intervalos regulares de tempo.
Formação de precipitado: em uma reação que fica turva, meça quanto tempo leva para uma marca sob o frasco desaparecer.
Uma seringa de gás coleta o gás liberado; leia seu volume em intervalos regulares de tempo para acompanhar a taxa
Em um gráfico de produto contra tempo, a linha é mais íngreme no início (maior taxa), torna-se menos íngreme conforme os reativos são consumidos, e fica horizontal quando a reação termina.
A taxa é mais rápida no início (mais íngreme) e a linha nivelada quando a reação termina
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Taxa a partir de um gráfico de volume de gás
A inclinação da curva de volume versus tempo é a taxa; é mais íngreme no início e achatada à medida que os reagentes acabam.
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Taxa de reação
conc = c₀·bᵗ
A concentração cai ao longo do tempo — rápido no início, depois mais lento.
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Teoria das colisões em ação
Observe as partículas colidirem. O calor acelera-as para que colidam com mais frequência e força; mais partículas ou um catalisador proporcionam mais colisões bem-sucedidas — a taxa aumenta.
Reversible reactions and equilibrium · Reações reversíveis e equilíbrio
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 State that some chemical reactions are reversible as shown by the symbol $\rightleftharpoons$
3 State that a reversible reaction in a closed system is at equilibrium when: (a) the rate of the forward reaction is equal to the rate of the reverse reaction (b) the concentrations of reactants and products are no longer changing
2 Describe how changing the conditions can change the direction of a reversible reaction for: (a) the effect of heat on hydrated compounds (b) the addition of water to anhydrous compounds limited to copper(II) sulfate and cobalt(II) chloride
4 Predict and explain, for a reversible reaction, how the position of equilibrium is affected by: (a) changing temperature (b) changing pressure (c) changing concentration (d) using a catalyst using information provided
5 State the symbol equation for the production of ammonia in the Haber process, $\text{N}_2\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{NH}_3\text{(g)}$
6 State the sources of the hydrogen (methane) and nitrogen (air) in the Haber process
7 State the typical conditions in the Haber process as $450\text{ }^{\circ}\text{C}$, $20\,000\text{ kPa}/200\text{ atm}$ and an iron catalyst
8 State the symbol equation for the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the Contact process, $2\text{SO}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{SO}_3\text{(g)}$
9 State the sources of the sulfur dioxide (burning sulfur or roasting sulfide ores) and oxygen (air) in the Contact process
10 State the typical conditions for the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the Contact process as $450\text{ }^{\circ}\text{C}$, $200\text{ kPa}/2\text{ atm}$ and a vanadium(V) oxide catalyst
11 Explain, in terms of rate of reaction and position of equilibrium, why the typical conditions stated are used in the Haber process and in the Contact process, including safety considerations and economics
Português
Central
Suplementar
1 Declarar que algumas reações químicas são reversíveis, conforme mostrado pelo símbolo $\rightleftharpoons$
3 Declarar que uma reação reversível em um sistema fechado está em equilíbrio quando: (a) a taxa da reação direta é igual à taxa da reação inversa (b) as concentrações de reagentes e produtos não estão mais mudando
2 Descrever como a alteração das condições pode mudar a direção de uma reação reversível para: (a) o efeito do calor em compostos hidratados (b) a adição de água a compostos anidros limitado a sulfato de cobre(II) e cloreto de cobalto(II)
4 Prever e explicar, para uma reação reversível, como a posição do equilíbrio é afetada por: (a) alteração de temperatura (b) alteração de pressão (c) alteração de concentração (d) uso de um catalisador usando informações fornecidas
5 Declarar a equação simbólica para a produção de amônia no processo Haber, $\text{N}_2\text{(g)} + 3\text{H}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{NH}_3\text{(g)}$
6 Declarar as fontes de hidrogênio (metano) e nitrogênio (ar) no processo Haber
7 Declarar as condições típicas no processo Haber como $450\text{ }^{\circ}\text{C}$, $20\,000\text{ kPa}/200\text{ atm}$ e um catalisador de ferro
8 Declarar a equação simbólica para a conversão de dióxido de enxofre em trióxido de enxofre no processo de contato, $2\text{SO}_2\text{(g)} + \text{O}_2\text{(g)} \rightleftharpoons 2\text{SO}_3\text{(g)}$
9 Declarar as fontes de dióxido de enxofre (queima de enxofre ou calcinação de minerais sulfetados) e oxigênio (ar) no processo de contato
10 Declarar as condições típicas para a conversão de dióxido de enxofre em trióxido de enxofre no processo de contato como $450\text{ }^{\circ}\text{C}$, $200\text{ kPa}/2\text{ atm}$ e um catalisador de óxido de vanádio(V)
11 Explicar, em termos de taxa de reação e posição do equilíbrio, por que as condições típicas declaradas são usadas no processo Haber e no processo de contato, incluindo considerações de segurança e economia
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Le Chatelier's principleDynamic equilibrium: the rates converge
Some reactions are reversible 可逆反应: the products can react to form the reactants again. We show this with the symbol $\rightleftharpoons$.
Changing the direction
A clear example uses hydrated 水合 and anhydrous 无水 compounds:
Blue hydrated copper(II) sulfate, when heated, loses its water to become white anhydrous copper(II) sulfate. Adding water turns it blue again.
Pink hydrated cobalt(II) chloride loses water when heated to become blue anhydrous cobalt(II) chloride. Adding water turns it pink again.
Adding water to the anhydrous solid (and seeing the colour return) is used as a test for water.
Equilibrium
In a closed system 密闭系统 (where nothing enters or leaves), a reversible reaction reaches equilibrium 平衡 when:
the rate of the forward reaction 正反应 equals the rate of the reverse reaction 逆反应, and
the concentrations of the reactants and products are no longer changing.
Changing the position of equilibrium
The position of equilibrium 平衡位置 tells you whether there are more reactants or more products. You can move it:
Temperature: heating moves the equilibrium in the direction that takes in heat (the endothermic 吸热反应 direction); cooling moves it in the direction that gives out heat (the exothermic 放热反应 direction).
Pressure (gases): more pressure moves the equilibrium to the side with fewer gas molecules.
Concentration: adding more of a substance moves the equilibrium to the other side, to use it up.
A catalyst does not move the position of equilibrium. It only helps the reaction reach equilibrium faster.
The sulfur dioxide comes from burning sulfur 硫 (or roasting sulfide ores); the oxygen 氧气 comes from the air.
Typical conditions: a temperature of $450\,{}^{\circ}\text{C}$, a pressure of about $2$ atm ($200$ kPa), and a vanadium(V) oxide 五氧化二钒 catalyst.
Why these conditions are chosen
The conditions are a compromise 折中:
A higher pressure would give more product, but very high pressure is dangerous and expensive, so a medium pressure is used.
A lower temperature would give more product (both forward reactions are exothermic), but the reaction would be too slow, so a fairly high temperature is used to keep a good rate.
The catalyst speeds up the reaction without changing the position of equilibrium, which lowers cost.
Português
Princípio de Le ChatelierEquilíbrio dinâmico: as taxas convergem
Algumas reações são reversíveis 可逆反应: os produtos podem reagir para formar os reativos novamente. Mostramos isso com o símbolo $\rightleftharpoons$.
Aquecer sulfato de cobre azul remove água; adicionar água torna-o azul novamente
Alterando a direção
Um exemplo claro usa compostos hidratados 水合 e anidros 无水:
O sulfato de cobre(II) hidratado azul, ao ser aquecido, perde sua água e torna-se sulfato de cobre(II) anidro branco. Adicionar água o torna azul novamente.
O cloreto de cobalto(II) hidratado rosa perde água ao aquecer e torna-se cloreto de cobalto(II) anidro azul. Adicionar água o torna rosa novamente.
Adicionar água ao sólido anidro (e observar o retorno da cor) é usado como teste para água.
Equilíbrio
Em um sistema fechado 密闭系统 (onde nada entra ou sai), uma reação reversível atinge equilíbrio 平衡 quando:
a taxa da reação direta 正反应 é igual à taxa da reação inversa 逆反应, e
as concentrações dos reativos e produtos não estão mais mudando.
Alterando a posição do equilíbrio
A posição do equilíbrio 平衡位置 indica se há mais reativos ou mais produtos. Você pode movê-la:
Temperatura: aquecer move o equilíbrio na direção que absorve calor (direção endotérmica 吸热反应); resfriar move-o na direção que libera calor (direção exotérmica 放热反应).
Pressão (gases): maior pressão move o equilíbrio para o lado com menos moléculas gasosas.
Concentração: adicionar mais de uma substância move o equilíbrio para o outro lado, para consumi-la.
Um catalisador não move a posição do equilíbrio. Ele apenas ajuda a reação a atingir o equilíbrio mais rapidamente.
O dióxido de enxofre vem da queima de enxofre 硫 (ou calcinação de minerais sulfetados); o oxigênio 氧气 vem do ar.
Condições típicas: temperatura de $450\,{}^{\circ}\text{C}$, pressão de aproximadamente $2$ atm ($200$ kPa) e um catalisador de óxido de vanádio(V) 五氧化二钒.
Por que essas condições são escolhidas
As condições são um compromisso 折中:
Maior pressão daria mais produto, mas pressões muito altas são perigosas e caras, então usa-se uma pressão média.
Temperatura mais baixa daria mais produto (ambas as reações diretas são exotérmicas), mas a reação seria muito lenta, então usa-se uma temperatura relativamente alta para manter uma boa taxa.
O catalisador acelera a reação sem alterar a posição do equilíbrio, o que reduz custos.
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Deslocando um equilíbrio
Altere a temperatura, a pressão ou a concentração e observe uma reação reversível deslocar-se para um novo equilíbrio.
1 Use a Roman numeral to indicate the oxidation number of an element in a compound
2 Define redox reactions as involving simultaneous oxidation and reduction
3 Define oxidation as gain of oxygen and reduction as loss of oxygen
6 Define oxidation in terms of: (a) loss of electrons (b) an increase in oxidation number
7 Define reduction in terms of: (a) gain of electrons (b) a decrease in oxidation number
4 Identify redox reactions as reactions involving gain and loss of oxygen
8 Identify redox reactions as reactions involving gain and loss of electrons
5 Identify oxidation and reduction in redox reactions
9 Identify redox reactions by changes in oxidation number using: (a) the oxidation number of elements in their uncombined state is zero (b) the oxidation number of a monatomic ion is the same as the charge on the ion (c) the sum of the oxidation numbers in a compound is zero (d) the sum of the oxidation numbers in an ion is equal to the charge on the ion
10 Identify redox reactions by the colour changes involved when using acidified aqueous potassium manganate(VII) or aqueous potassium iodide
11 Define an oxidising agent as a substance that oxidises another substance and is itself reduced
12 Define a reducing agent as a substance that reduces another substance and is itself oxidised
13 Identify oxidising agents and reducing agents in redox reactions
Português
Central
Suplementar
1 Usar um numeral romano para indicar o número de oxidação de um elemento em um composto
2 Definir reações redox como envolvendo oxidação e redução simultâneas
3 Definir oxidação como ganho de oxigênio e redução como perda de oxigênio
6 Definir oxidação em termos de: (a) perda de elétrons (b) aumento do número de oxidação
7 Definir redução em termos de: (a) ganho de elétrons (b) diminuição do número de oxidação
4 Identificar reações redox como reações envolvendo ganho e perda de oxigênio
8 Identificar reações redox como reações envolvendo ganho e perda de elétrons
5 Identificar oxidação e redução em reações redox
9 Identificar reações redox por mudanças no número de oxidação usando: (a) o número de oxidação de elementos em seu estado não combinado é zero (b) o número de oxidação de um íon monoatômico é o mesmo que a carga do íon (c) a soma dos números de oxidação em um composto é zero (d) a soma dos números de oxidação em um íon é igual à carga do íon
10 Identificar reações redox pelas mudanças de cor envolvidas ao usar permanganato de potássio aquoso acidificado ou iodeto de potássio aquoso
11 Definir agente oxidante como uma substância que oxida outra substância e é reduzida por si mesma
12 Definir agente redutor como uma substância que reduz outra substância e é oxidada por si mesma
13 Identificar agentes oxidantes e redutores em reações redox
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Oxidation 氧化 and reduction 还原 always happen at the same time, in what is called a redox reaction 氧化还原反应. ('Redox' is short for reduction–oxidation.)
There are three ways to describe oxidation and reduction:
Oxygen: oxidation is the gain of oxygen; reduction is the loss of oxygen.
Electrons 电子: oxidation is the loss of electrons; reduction is the gain of electrons.
Oxidation number 氧化数: in oxidation the oxidation number goes up; in reduction it goes down.
A useful memory aid is OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain — of electrons.
Oxidation number rules
The oxidation number is shown by a Roman numeral, as in iron(II) and iron(III). The rules are:
An element that is not combined has an oxidation number of $0$.
A single-atom ion has an oxidation number equal to its charge (so $\text{Na}^{+}$ is $+1$).
The oxidation numbers in a compound add up to $0$.
The oxidation numbers in an ion add up to the charge on the ion.
Worked example. Find the oxidation number of manganese in the manganate(VII) ion, $\text{MnO}_4^{-}$. Each oxygen is $-2$, and there are four of them, giving $4 \times (-2) = -8$. The oxidation numbers in an ion must add up to the charge on the ion, which here is $-1$. So if manganese is $x$, then $x + (-8) = -1$, giving $x = +7$ - exactly what the (VII) in the name tells you. Set the total to the ion's charge, not to zero: zero is only for a neutral compound.
Oxidising and reducing agents
An oxidising agent 氧化剂 oxidises another substance, and is itself reduced.
A reducing agent 还原剂 reduces another substance, and is itself oxidised.
Some redox reactions show clear colour changes:
Acidified potassium manganate(VII) 高锰酸钾 is purple. When it acts as an oxidising agent it is reduced, and the purple colour fades to colourless.
Potassium iodide 碘化钾 is colourless. When it is oxidised, red-brown iodine 碘 is formed.
Português
Oxidação 氧化 e redução 还原 sempre ocorrem ao mesmo tempo, em uma reação chamada reação redox 氧化还原反应. ('Redox' é abreviação de reduction–oxidation.)
Existem três maneiras de descrever oxidação e redução:
Oxigênio: oxidação é o ganho de oxigênio; redução é a perda de oxigênio.
Elétrons 电子: oxidação é a perda de elétrons; redução é o ganho de elétrons.
Número de oxidação 氧化数: na oxidação o número de oxidação aumenta; na redução ele diminui.
Um auxílio mnemônico útil é OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain — de elétrons.
Elétrons passam da substância que é oxidada (perde-os) para a que é reduzida (ganha-os) — os dois sempre ocorrem juntos
Regras do número de oxidação
O número de oxidação é indicado por numeral romano, como em ferro(II) e ferro(III). As regras são:
Um elemento que não está combinado tem número de oxidação de $0$.
Um íon monoatômico tem número de oxidação igual à sua carga (portanto $\text{Na}^{+}$ é $+1$).
Os números de oxidação em um composto somam $0$.
Os números de oxidação em um íon somam a carga do íon.
Exemplo resolvido. Encontre o número de oxidação do manganês no íon manganato(VII), $\text{MnO}_4^{-}$. Cada oxigênio é $-2$, e há quatro deles, totalizando $4 \times (-2) = -8$. Os números de oxidação em um íon devem somar a carga do íon, que aqui é $-1$. Então, se o manganês for $x$, temos $x + (-8) = -1$, resultando em $x = +7$ - exatamente o que o (VII) no nome indica. Defina o total como a carga do íon, não como zero: zero é apenas para um composto neutro.
Agentes oxidantes e redutores
Um agente oxidante 氧化剂 oxida outra substância e é reduzido por si mesmo.
Um agente redutor 还原剂 reduz outra substância e é oxidado por si mesmo.
Algumas reações redox mostram mudanças de cor claras:
O permanganato de potássio acidificado 高锰酸钾 é roxo. Ao atuar como agente oxidante, é reduzido, e a cor roxa desaparece tornando-se incolor.
O iodeto de potássio 碘化钾 é incolor. Ao ser oxidado, forma-se iodo 碘 vermelho-marrom.
O permanganato de potássio é roxo escuro; à medida que é reduzido (ou diluído), a cor roxa desaparece tornando-se incolor
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Oxidação e redução acontecem juntas
Passe por uma reação redox. Uma substância perde elétrons enquanto outra os ganha — você nunca pode ter uma sem a outra.
Explain a faster rate with collision theory: successful collisions happen more often. Concentration, pressure and surface area all raise how often particles collide; a higher temperature does that and gives more particles enough energy.
A catalyst lowers the activation energy and speeds the reaction up, but is not used up and does not change $\Delta H$ or the position of equilibrium.
At equilibrium the forward and reverse rates are equal and the concentrations stop changing — it does not mean the amounts of reactant and product are equal.
Use Le Chatelier's principle: raising temperature favours the endothermic direction; raising pressure favours the side with fewer gas molecules; adding a substance shifts the equilibrium away from it.
Redox — OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain of electrons. They always happen together, and an oxidising agent is itself reduced.
Português
Explique uma taxa mais rápida usando a teoria das colisões: colisões bem-sucedidas ocorrem com mais frequência. Concentração, pressão e área de superfície aumentam a frequência com que as partículas colidem; uma temperatura mais alta faz isso e também fornece mais partículas com energia suficiente.
Um catalisador reduz a energia de ativação e acelera a reação, mas não é consumido e não altera $\Delta H$ nem a posição do equilíbrio.
No equilíbrio, as taxas das reações direta e inversa são iguais e as concentrações param de mudar — isso não significa que as quantidades de reagente e produto sejam iguais.
Use o princípio de Le Chatelier: aumentar a temperatura favorece a direção endotérmica; aumentar a pressão favorece o lado com menos moléculas gasosas; adicionar uma substância desloca o equilíbrio para longe dela.
Redox — OIL RIG: Oxidação é Perda, Redução é Ganho de elétrons. Elas sempre ocorrem juntas, e um agente oxidante é ele próprio reduzido.
1 Describe the characteristic properties of acids in terms of their reactions with: (a) metals (b) bases (c) carbonates
2 Describe acids in terms of their effect on: (a) litmus (b) thymolphthalein (c) methyl orange
3 State that bases are oxides or hydroxides of metals and that alkalis are soluble bases
4 Describe the characteristic properties of bases in terms of their reactions with: (a) acids (b) ammonium salts
5 Describe alkalis in terms of their effect on: (a) litmus (b) thymolphthalein (c) methyl orange
6 State that aqueous solutions of acids contain $\text{H}^+$ ions and aqueous solutions of alkalis contain $\text{OH}^-$ ions
9 Define acids as proton donors and bases as proton acceptors
10 Define a strong acid as an acid that is completely dissociated in aqueous solution and a weak acid as an acid that is partially dissociated in aqueous solution
11 State that hydrochloric acid is a strong acid, as shown by the symbol equation, $\text{HCl}(\text{aq}) \rightarrow \text{H}^+(\text{aq}) + \text{Cl}^-(\text{aq})$
12 State that ethanoic acid is a weak acid, as shown by the symbol equation, $\text{CH}_3\text{COOH}(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{H}^+(\text{aq}) + \text{CH}_3\text{COO}^-(\text{aq})$
7 Describe how to compare hydrogen ion concentration, neutrality, relative acidity and relative alkalinity in terms of colour and pH using universal indicator paper
8 Describe the neutralisation reaction between an acid and an alkali to produce water, $\text{H}^+(\text{aq}) + \text{OH}^-(\text{aq}) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l)$
Português
Central
Suplementar
1 Descrever as propriedades características de ácidos em termos de suas reações com: (a) metais (b) bases (c) carbonatos
2 Descrever ácidos em termos de seu efeito em: (a) tornozol (b) timolftaleína (c) laranja de metila
3 Declarar que bases são óxidos ou hidróxidos de metais e que alcalis são bases solúveis
4 Descrever as propriedades características de bases em termos de suas reações com: (a) ácidos (b) sais de amônio
5 Descreva as bases em termos de seu efeito sobre: (a) papel tornassol (b) timolftaleína (c) laranja de metila
6 Afirme que soluções aquosas de ácidos contêm íons $\text{H}^+$ e soluções aquosas de bases contêm íons $\text{OH}^-$
9 Defina ácidos como doadores de prótons e bases como aceptores de prótons
10 Defina um ácido forte como um ácido que está completamente dissociado em solução aquosa e um ácido fraco como um ácido que está parcialmente dissociado em solução aquosa
11 Afirme que o ácido clorídrico é um ácido forte, conforme mostrado pela equação simbólica, $\text{HCl}(\text{aq}) \rightarrow \text{H}^+(\text{aq}) + \text{Cl}^-(\text{aq})$
12 Afirme que o ácido etanóico é um ácido fraco, conforme mostrado pela equação simbólica, $\text{CH}_3\text{COOH}(\text{aq}) \rightleftharpoons \text{H}^+(\text{aq}) + \text{CH}_3\text{COO}^-(\text{aq})$
7 Descreva como comparar a concentração de íons hidrogênio, neutralidade, acidez relativa e alcalinidade relativa em termos de cor e pH usando papel indicador universal
8 Descreva a reação de neutralização entre um ácido e uma base para produzir água, $\text{H}^+(\text{aq}) + \text{OH}^-(\text{aq}) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l)$
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
An acid 酸 is a substance that forms hydrogen ions ($\text{H}^{+}$) when dissolved in water. Acids have three typical reactions:
with metals 金属: acid + metal → a salt 盐 + hydrogen 氢气
with bases: acid + base 碱 → a salt + water (this is neutralisation 中和)
with carbonates 碳酸盐: acid + carbonate → a salt + water + carbon dioxide 二氧化碳
Describing what you see
Naming the products is only half of what the exam wants. "State the observations" asks what you would see with your eyes, and it carries its own marks - so learn the words:
So for magnesium added to hydrochloric acid, a full answer is: effervescence, and the solid dissolves (and the tube gets warm). For copper(II) oxide added to warm sulfuric acid: the black solid dissolves and the solution turns blue.
Two rules save most of the lost marks. Never write "hydrogen is given off" as an observation - you cannot see hydrogen, you can only see the bubbles, so write effervescence. And do not write a name you cannot see: "a salt forms" is a conclusion, not an observation.
Indicators
An indicator 指示剂 is a dye that changes colour to show whether a solution is acidic or alkaline.
Indicator
In acid
In alkali
litmus 石蕊
red
blue
thymolphthalein 百里酚酞
colourless
blue
methyl orange 甲基橙
red
yellow
Aqueous solutions of acids contain hydrogen ions 离子 ($\text{H}^{+}$). Aqueous solutions of alkalis contain hydroxide ions ($\text{OH}^{-}$).
Português
Um ácido 酸 é uma substância que forma íons de hidrogênio ($\text{H}^{+}$) quando dissolvida em água. Ácidos têm três reações típicas:
Ácidos reagem com metais, bases e carbonatos produzindo diferentes produtos
com metais 金属: ácido + metal → uma sal 盐 + hidrogênio 氢气
com bases: ácido + base 碱 → uma sal + água (esta é a neutralização 中和)
com carbonatos 碳酸盐: ácido + carbonato → uma sal + água + dióxido de carbono 二氧化碳
Descrevendo o que você vê
Nomear os produtos é apenas metade do que o exame pede. "Descreva as observações" pergunta o que você veria com seus olhos, e isso tem suas próprias pontuações — então aprenda as palavras:
nenhuma efervescência mais - o ácido foi consumido
Então, para magnésio adicionado ao ácido clorídrico, uma resposta completa é: efervescência, e o sólido dissolve-se (e o tubo fica quente). Para óxido de cobre(II) adicionado ao ácido sulfúrico morno: o sólido preto dissolve-se e a solução fica azul.
Duas regras salvam a maioria das perdas de pontos. Nunca escreva "hidrogênio é liberado" como uma observação - você não pode ver hidrogênio, só pode ver as bolhas, então escreva efervescência. E não escreva um nome que você não pode ver: "uma sal se forma" é uma conclusão, não uma observação.
Indicadores
Um indicador 指示剂 é um corante que muda de cor para mostrar se uma solução é ácida ou alcalina.
Indicador
Em ácido
Em alcalino
fenolftaleína 石蕊
vermelho
azul
timolftaleína 百里酚酞
incolor
azul
laranja de metila 甲基橙
vermelho
amarelo
Soluções aquosas de ácidos contêm íons de hidrogênio ions 离子 ($\text{H}^{+}$). Soluções aquosas de alcalinos contêm íons hidroxida ($\text{OH}^{-}$).
Papel tornassol: papel tornassol azul fica vermelho em ácido, e papel tornassol vermelho fica azul em alcalino
Deslize o pH ou toque uma substância — limão, água, sabão, alvejante. O indicador vai de vermelho→verde→roxo, e cada passo para baixo no pH é dez vezes mais íons H⁺.
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Uma curva de titulação
Adicione álcali ao ácido e observe o pH subir. A subida abrupta ocorre quando o ácido fica apenas neutralizado.
7.2
Oxides · Óxidos
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Classify oxides as acidic, including $\text{SO}_2$ and $\text{CO}_2$, or basic, including $\text{CuO}$ and $\text{CaO}$, related to metallic and non-metallic character
2 Describe amphoteric oxides as oxides that react with acids and with bases to produce a salt and water
3 Classify $\text{Al}_2\text{O}_3$ and $\text{ZnO}$ as amphoteric oxides
Português
Central
Suplementar
1 Classifique os óxidos como ácidos, incluindo $\text{SO}_2$ e $\text{CO}_2$, ou básicos, incluindo $\text{CuO}$ e $\text{CaO}$, relacionados ao caráter metálico e não metálico
2 Descreva óxidos anfoterios como óxidos que reagem com ácidos e com bases para produzir sal e água
3 Classifique $\text{Al}_2\text{O}_3$ e $\text{ZnO}$ como óxidos anfoterios
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Oxides can be sorted by how they behave:
Acidic oxides are oxides of non-metals, such as $\text{SO}_2$ and $\text{CO}_2$.
Basic oxides are oxides of metals, such as $\text{CuO}$ and $\text{CaO}$.
Amphoteric 两性 oxides react with both acids and bases to make a salt and water. $\text{Al}_2\text{O}_3$ and $\text{ZnO}$ are amphoteric.
So metal oxides tend to be basic and non-metal oxides tend to be acidic.
Português
Óxidos podem ser classificados por seu comportamento:
Óxidos ácidos são óxidos de não-metais, como $\text{SO}_2$ e $\text{CO}_2$.
Óxidos básicos são óxidos de metais, como $\text{CuO}$ e $\text{CaO}$.
Óxidos anfoterônicos 两性 reagem tanto com ácidos quanto com bases para formar uma sal e água. $\text{Al}_2\text{O}_3$ e $\text{ZnO}$ são anfoterônicos.
Assim, óxidos de metais tendem a ser básicos e óxidos de não-metais tendem a ser ácidos.
Pedra calcária é predominantemente carbonato de cálcio — um carbonato metálico que age como base e neutraliza ácidos
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Laboratório de tipo de óxido
Classifique óxidos conforme seu comportamento com ácidos e bases.
1 Describe the preparation, separation and purification of soluble salts by reaction of an acid with: (a) an alkali by titration (b) excess metal (c) excess insoluble base (d) excess insoluble carbonate
4 Describe the preparation of insoluble salts by precipitation
2 Describe the general solubility rules for salts: (a) sodium, potassium and ammonium salts are soluble (b) nitrates are soluble (c) chlorides are soluble, except lead and silver (d) sulfates are soluble, except barium, calcium and lead (e) carbonates are insoluble, except sodium, potassium and ammonium (f) hydroxides are insoluble, except sodium, potassium, ammonium and calcium (partially)
3 Define a hydrated substance as a substance that is chemically combined with water and an anhydrous substance as a substance containing no water
5 Define the term water of crystallisation as the water molecules present in hydrated crystals, including $\text{CuSO}_4\bullet5\text{H}_2\text{O}$ and $\text{CoCl}_2\bullet6\text{H}_2\text{O}$
Português
Central
Suplementar
1 Descreva a preparação, separação e purificação de sais solúveis pela reação de um ácido com: (a) uma base por titulação (b) excesso de metal (c) excesso de base insolúvel (d) excesso de carbonato insolúvel
4 Descreva a preparação de sais insolúveis por precipitação
2 Descreva as regras gerais de solubilidade dos sais: (a) sais de sódio, potássio e amônio são solúveis (b) nitratos são solúveis (c) cloretos são solúveis, exceto chumbo e prata (d) sulfatos são solúveis, exceto bário, cálcio e chumbo (e) carbonatos são insolúveis, exceto sódio, potássio e amônio (f) hidróxidos são insolúveis, exceto sódio, potássio, amônio e cálcio (parcialmente)
3 Defina uma substância hidratada como uma substancia quimicamente combinada com água e uma substância anidra como uma substância que contém nenhuma água
5 Defina o termo água de cristalização como as moléculas de água presentes em cristais hidratados, incluindo $\text{CuSO}_4\bullet5\text{H}_2\text{O}$ e $\text{CoCl}_2\bullet6\text{H}_2\text{O}$
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Whether a salt can be made by a certain method depends on whether it is soluble 可溶 (dissolves) or insoluble 不溶 (does not dissolve).
Solubility rules
Salt type
Rule
sodium, potassium, ammonium salts
all soluble
nitrates 硝酸盐
all soluble
chlorides 氯化物
soluble, except lead and silver
sulfates 硫酸盐
soluble, except barium, calcium and lead
carbonates
insoluble, except sodium, potassium and ammonium
hydroxides
insoluble, except sodium, potassium, ammonium and (partly) calcium
Making a soluble salt
You react an acid with one of these:
an alkali, using titration 滴定 (since both are solutions, you must measure the exact volumes);
an excess 过量 of a metal, an insoluble base, or an insoluble carbonate.
When you use an excess of a solid, you then filter 过滤 to remove the leftover solid. Finally you evaporate 蒸发 some water and let the solution crystallise 结晶 to get the salt.
Worked example. Which method would you use to prepare (a) copper(II) sulfate and (b) barium sulfate? Check the solubility rules first. (a) Copper(II) sulfate is soluble (only barium, calcium and lead sulfates are not), so make it from an insoluble solid and an acid: add excess copper(II) oxide to warm dilute sulfuric acid, filter off the leftover solid, then evaporate some water and crystallise. (b) Barium sulfate is insoluble, so make it by precipitation: mix two solutions that each carry one of the needed ions, then filter, wash and dry the solid. The solubility of the salt you want is what decides the method - consult the rules before you choose.
Making an insoluble salt
An insoluble salt is made by precipitation 沉淀: mix two solutions that each contain one of the needed ions, and the insoluble salt forms as a solid. You then filter, wash and dry it.
Water in salts
A hydrated 水合 substance is chemically joined with water.
An anhydrous 无水 substance contains no water.
The water molecules inside hydrated crystals are called the water of crystallisation 结晶水. For example, $\text{CuSO}_4 \bullet 5\text{H}_2\text{O}$ has five water molecules for each formula unit.
Português
Se um sal pode ser feito por um certo método depende se ele é solúvel 可溶 (dissolve) ou insolúvel 不溶 (não dissolve).
Regras de solubilidade
Tipo de sal
Regra
sais de sódio, potássio, amônio
todos solúveis
nitratos 硝酸盐
todos solúveis
cloreto 氯化物
solúveis, exceto chumbo e prata
sulfatos 硫酸盐
solúveis, exceto bário, cálcio e chumbo
carbonatos
insolúveis, exceto sódio, potássio e amônio
hidróxidos
insolúveis, exceto sódio, potássio, amônio e (parcialmente) cálcio
Fazendo um sal solúvel
Você reage um ácido com um destes:
um alcalino, usando titulação 滴定 (já que ambos são soluções, você deve medir os volumes exatos);
um excesso 过量 de um metal, uma base insolúvel ou um carbonato insolúvel.
Quando você usa excesso de um sólido, depois filtra 过滤 para remover o sólido restante. Finalmente, você evapora 蒸发 parte da água e deixa a solução cristalizar 结晶 para obter o sal.
Fazendo um sal solúvel a partir de um sólido insolúvel: reaja com excesso, filtre o excesso, evapore, depois cristalizeDeixar a solução cristalizar lentamente dá cristais bem formados — aqui, os cristais azuis de sulfato de cobre(II)
Exemplo resolvido. Qual método você usaria para preparar (a) sulfato de cobre(II) e (b) sulfato de bário? Verifique as regras de solubilidade primeiro. (a) Sulfato de cobre(II) é solúvel (apenas sulfatos de bário, cálcio e chumbo não são), então faça-o a partir de um sólido insolúvel e um ácido: adicione excesso de óxido de cobre(II) a ácido sulfúrico diluído morno, filtre o sólido restante, depois evapore parte da água e cristalize. (b) Sulfato de bário é insolúvel, então faça-o por precipitação: misture duas soluções que carreguem cada uma um dos íons necessários, depois filtre, lave e seque o sólido. A solubilidade do sal que você quer é o que decide o método - consulte as regras antes de escolher.
Fazendo um sal insolúvel
Um sal insolúvel é feito por precipitação 沉淀: misture duas soluções que contenham cada uma um dos íons necessários, e o sal insolúvel forma-se como um sólido. Você então filtra, lava e seca.
Misturar duas soluções que carregam cada uma um dos íons necessários faz o sal insolúvel aparecer como um precipitado sólido, que você então filtra
Água em sais
Uma substância hidratada 水合 é quimicamente ligada à água.
Uma substância anidra 无水 não contém água.
As moléculas de água dentro dos cristais hidratados são chamadas de água de cristalização 结晶水. Por exemplo, $\text{CuSO}_4 \bullet 5\text{H}_2\text{O}$ tem cinco moléculas de água para cada unidade de fórmula.
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Preparando um sal solúvel
Siga o método passo a passo. Reaja um ácido com excesso de base insolúvel, filtre o que sobrar, depois evapore e cristalizze para obter cristais puros de sal.
Learn the three acid reactions: acid + metal → salt + hydrogen; acid + base → salt + water (neutralisation); acid + carbonate → salt + water + carbon dioxide.
Strong and weak describe how much the acid splits into ions (dissociation), not how concentrated it is. A strong acid is fully dissociated; a weak acid only partly.
A lower pH means a higher hydrogen-ion concentration. pH 7 is neutral, below 7 is acidic, above 7 is alkaline.
Choose the salt method by solubility: a soluble salt is made from an acid + excess solid (then filter, evaporate, crystallise), or by titration with an alkali; an insoluble salt is made by precipitation (mix two solutions, then filter).
Learn the solubility rules — all sodium, potassium, ammonium and nitrate salts are soluble.
Português
Aprenda as três reações de ácido: ácido + metal → sal + hidrogênio; ácido + base → sal + água (neutralização); ácido + carbonato → sal + água + dióxido de carbono.
Forte e fraco descrevem quanto o ácido se divide em íons (dissociação), não quão concentrado ele está. Um ácido forte está totalmente dissociado; um ácido fraco está apenas parcialmente.
Um pH mais baixo significa uma maior concentração de íons de hidrogênio. pH 7 é neutro, abaixo de 7 é ácido, acima de 7 é alcalino.
Escolha o método do sal pela solubilidade: um sal solúvel é feito de ácido + sólido em excesso (depois filtre, evapore, cristalize), ou por titulação com um alcalino; um sal insolúvel é feito por precipitação (misture duas soluções, depois filtre).
Aprenda as regras de solubilidade — todos os sais de sódio, potássio, amônio e nitrato são solúveis.
Arrangement of the elements · Organização dos elementos
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Describe the Periodic Table as an arrangement of elements in periods and groups and in order of increasing proton number/atomic number
2 Describe the change from metallic to non‑metallic character across a period
3 Describe the relationship between group number and the charge of the ions formed from elements in that group
4 Explain similarities in the chemical properties of elements in the same group of the Periodic Table in terms of their electronic configuration
5 Explain how the position of an element in the Periodic Table can be used to predict its properties
6 Identify trends in groups, given information about the elements
Português
Central
Suplementar
1 Descreva a Tabela Periódica como um arranjo de elementos em períodos e grupos e em ordem crescente de número atômico/proton number
2 Descreva a mudança de caráter metálico para não metálico através de um período
3 Descreva a relação entre o número do grupo e a carga dos íons formados por elementos desse grupo
4 Explique as semelhanças nas propriedades químicas dos elementos no mesmo grupo da Tabela Periódica em termos de sua configuração eletrônica
5 Explique como a posição de um elemento na Tabela Periódica pode ser usada para prever suas propriedades
6 Identifique tendências nos grupos, dadas informações sobre os elementos
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
The Periodic Table 周期表 arranges all the elements 元素 in order of increasing proton number 质子数 (the atomic number 原子序数). The horizontal rows are called periods 周期 and the vertical columns are called groups 族.
A few key patterns:
Across a period, the elements change from metals 金属 on the left to non-metals 非金属 on the right.
The group number tells you the charge of the ions 离子 that the elements form. Group I forms $+1$ ions, Group II forms $+2$ ions, and Group VII forms $-1$ ions.
Elements in the same group have similar chemical properties. This is because they have the same number of outer-shell electrons 电子 (the same outer electronic configuration 电子排布).
Because of these patterns, you can use an element's position to predict its properties.
Português
A tabela periódica organiza os elementos em ordem de número atômico.
A Tabela Periódica 周期表 organiza todos os elementos 元素 em ordem crescente de número de prótons 质子数 (o número atômico 原子序数). As fileiras horizontais são chamadas de períodos 周期 e as colunas verticais são chamadas de grupos 族.
Alguns padrões-chave:
Ao longo de um período, os elementos mudam de metais 金属 à esquerda para não-metais 非金属 à direita.
O número do grupo indica a carga dos íons 离子 que os elementos formam. O Grupo I forma íons $+1$, o Grupo II forma íons $+2$ e o Grupo VII forma íons $-1$.
Elementos no mesmo grupo possuem propriedades químicas semelhantes. Isso ocorre porque eles têm o mesmo número de elétrons 电子 na camada externa (a mesma configuração eletrônica 电子排布 externa).
Devido a esses padrões, você pode usar a posição de um elemento para prever suas propriedades.
Grupos são as colunas e períodos são as linhas; os metais ficam à esquerda da linha escalonada, os não-metais à direita
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Identificar uma tendência ao longo de um período
Lendo ao longo de um período, as propriedades mudam em um padrão regular e repetitivo. Alterne a tendência para acompanhar o raio atômico, energia de ionização ou ponto de fusão mudar elemento por elemento.
Group I — the alkali metals · Grupo I — os metais alcalinos
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Describe the Group I alkali metals, lithium, sodium and potassium, as relatively soft metals with general trends down the group, limited to: (a) decreasing melting point (b) increasing density (c) increasing reactivity
2 Predict the properties of other elements in Group I, given information about the elements
Português
Central
Suplementar
1 Descreva os metais alcalinos do Grupo I, lítio, sódio e potássio, como metais relativamente macios com tendências gerais ao longo do grupo, limitadas a: (a) ponto de fusão decrescente (b) densidade crescente (c) reatividade crescente
2 Preveja as propriedades de outros elementos do Grupo I, dadas informações sobre os elementos
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Group I elements are the alkali metals 碱金属: lithium 锂, sodium 钠 and potassium 钾. They are soft 柔软 metals (you can cut them with a knife).
Going down the group, there are clear trends 趋势:
Property
Trend going down the group
melting point 熔点
decreases
density 密度
increases
reactivity 活泼性
increases
You can use these trends to predict the properties of other Group I elements. For example, rubidium (below potassium) would be even more reactive and have an even lower melting point.
Reaction with water, and what you see
This is the reaction the exam asks about most. Every Group I metal reacts with water to give an alkali (the metal hydroxide) plus hydrogen - which is exactly why they are called the alkali metals:
"Describe what you see" is worth marks of its own, so learn the list for sodium on water:
it floats - the metal is less dense than water.
it melts into a ball - the reaction gives out heat, and the metal's melting point is low.
it moves about on the surface - the hydrogen jetting off pushes it around.
there is effervescence 泡腾 (fizzing) - the hydrogen gas escaping.
it gets smaller and disappears as it is used up.
the solution turns alkaline, so universal indicator goes purple (it is now $\text{NaOH}$).
The trend shows up in how violent this is: lithium fizzes steadily but does not melt; sodium melts into a ball and darts around; potassium is fast enough to ignite its own hydrogen, burning with a lilac flame. Two answers to avoid: "hydrogen is given off" is not an observation (you cannot see it - say effervescence), and the metal melts because the reaction is exothermic, not because "water is hot".
Português
Os elementos do Grupo I são os metais alcalinos 碱金属: lítio 锂, sódio 钠 e potássio 钾. Eles são metais macios 柔软 (você pode cortá-los com uma faca).
O potássio reage violentamente com a água, liberando hidrogênio que queima com uma chama lilás — a reatividade aumenta descendo pelo Grupo ITodo átomo do Grupo I tem um elétron em sua camada externa, é por isso que reagem de formas semelhantes
Descendo pelo grupo, há tendências claras:
Propriedade
Tendência ao descer o grupo
ponto de fusão 熔点
diminui
densidade 密度
aumenta
reatividade 活泼性
aumenta
Você pode usar essas tendências para prever as propriedades de outros elementos do Grupo I. Por exemplo, o rubídio (abaixo do potássio) seria ainda mais reativo e teria um ponto de fusão ainda menor.
Reação com a água e o que se vê
Esta é a reação mais cobrada nos exames. Todo metal do Grupo I reage com a água para formar uma base (hidróxido do metal) mais hidrogênio - exatamente por isso são chamados de metais alcalinos:
"Descreva o que você vê" vale pontos próprios, então aprenda a lista para sódio sobre a água:
ele flutua - o metal é menos denso que a água.
ele derrete formando uma bola - a reação libera calor e o ponto de fusão do metal é baixo.
ele se move pela superfície - o jato de hidrogênio que escapa o empurra.
há efervescência 泡腾 (borbulhamento) - o gás hidrogênio escapando.
ele diminui e desaparece à medida que é consumido.
a solução torna-se alcalina, então o indicador universal fica roxo (é agora $\text{NaOH}$).
A tendência aparece na intensidade disso: lítio borbulha constantemente mas não derrete; sódio derrete numa bola e corre ao redor; potássio é rápido o suficiente para inflamar seu próprio hidrogênio, queimando com uma chama lilás. Duas respostas a evitar: "hidrogênio é liberado" não é uma observação (você não pode vê-lo - diga efervescência), e o metal derrete porque a reação é exotérmica, não porque "a água está quente".
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Laboratório de tendências do Grupo I
Siga os metais do Grupo I para baixo no grupo e observe a reatividade aumentar.
Group VII — the halogens · Grupo VII — os halogênios
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Describe the Group VII halogens, chlorine, bromine and iodine, as diatomic non-metals with general trends down the group, limited to: (a) increasing density (b) decreasing reactivity
2 State the appearance of the halogens at r.t.p. as: (a) chlorine, a pale yellow-green gas (b) bromine, a red-brown liquid (c) iodine, a grey-black solid
3 Describe and explain the displacement reactions of halogens with other halide ions
4 Predict the properties of other elements in Group VII, given information about the elements
Português
Central
Suplementar
1 Descreva os halogênios do Grupo VII, cloro, bromo e iodo, como não-metais diatômicos com tendências gerais ao longo do grupo, limitadas a: (a) densidade crescente (b) reatividade decrescente
2 Afirme a aparência dos halogênios à temperatura e pressão ambiente como: (a) cloro, um gás verde-amarelado pálido (b) bromo, um líquido vermelho-marrom (c) iodo, um sólido cinza-negro
3 Descreva e explique as reações de deslocamento de halogênios com outros íons haleto
4 Preveja as propriedades de outros elementos do Grupo VII, dadas informações sobre os elementos
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Group VII elements are the halogens 卤素: chlorine 氯气, bromine 溴 and iodine 碘. They are diatomic 双原子 non-metals (each molecule is made of two atoms, such as $\text{Cl}_2$).
Their appearance at room temperature and pressure:
Halogen
Appearance
chlorine
a pale yellow-green gas
bromine
a red-brown liquid
iodine
a grey-black solid
Going down the group, the density increases but the reactivity decreases (the opposite trend to Group I).
Displacement reactions
A more reactive halogen pushes out (displaces) a less reactive halide 卤化物 ion from its solution. This is a displacement reaction 置换反应.
For example, chlorine is more reactive than bromine, so chlorine displaces bromine from potassium bromide:
Worked example. Aqueous chlorine is added to potassium iodide solution; then aqueous iodine is added to potassium bromide solution. What happens in each? Reactivity falls down Group VII: chlorine, then bromine, then iodine. (a) Chlorine is above iodine, so it is more reactive and displaces it: $\text{Cl}_2 + 2\text{KI} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{I}_2$, and the solution turns red-brown as iodine is released. (b) Iodine is below bromine, so it is less reactive and cannot displace it - there is no reaction and no colour change. "No reaction" is a complete answer worth marks: check the order in the group before you write any equation.
Português
Os elementos do Grupo VII são os halogênios 卤素: cloro 氯气, bromo 溴 e iodo 碘. Eles são diatômicos 双原子 não-metais (cada molécula é formada por dois átomos, como $\text{Cl}_2$).
Sua aparência à temperatura e pressão ambiente:
Halogênio
Aparência
cloro
um gás amarelo-esverdeado pálido
bromo
um líquido vermelho-acastanhado
iodo
um sólido cinza-negro
Descendo o grupo, a densidade aumenta, mas a reatividade diminui (a tendência oposta ao Grupo I).
O Grupo I torna-se mais reativo descendo o grupo, enquanto o Grupo VII torna-se menos reativo descendo — tendências opostas
Reações de deslocamento
Um halogênio mais reativo empurra para fora (desloca) um íon haleto 卤化物 menos reativo de sua solução. Esta é uma reação de deslocamento 置换反应.
Por exemplo, o cloro é mais reativo que o bromo, então o cloro desloca o bromo do brometo de potássio:
O cloro é mais reativo, então desloca o bromo da solução; o bromo liberado torna a solução incolor laranja
Exemplo resolvido. Cloro aquoso é adicionado a uma solução de iodeto de potássio; depois, iodo aquoso é adicionado a uma solução de brometo de potássio. O que acontece em cada caso? A reatividade cai para baixo no Grupo VII: cloro, depois bromo, depois iodo. (a) O cloro está acima do iodo, então é mais reativo e o desloca: $\text{Cl}_2 + 2\text{KI} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{I}_2$, e a solução fica vermelho-acastanhada quando o iodo é liberado. (b) O iodo está abaixo do bromo, então é menos reativo e não pode desloca-lo - há nenhuma reação e nenhuma mudança de cor. "Nenhuma reação" é uma resposta completa que vale pontos: verifique a ordem no grupo antes de escrever qualquer equação.
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Laboratório de tendências do Grupo VII
Siga os halogênios para baixo no grupo e observe a reatividade diminuir.
1 Describe the transition elements as metals that: (a) have high densities (b) have high melting points (c) form coloured compounds (d) often act as catalysts as elements and in compounds
2 Describe transition elements as having ions with variable oxidation numbers, including iron(II) and iron(III)
Português
Central
Suplementar
1 Descreva os elementos de transição como metais que: (a) têm altas densidades (b) têm altos pontos de fusão (c) formam compostos coloridos (d) frequentemente atuam como catalisadores como elementos e em compostos
2 Descreva elementos de transição como tendo íons com números de oxidação variáveis, incluindo ferro(II) e ferro(III)
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
The transition elements 过渡元素 are the block of metals in the middle of the Periodic Table. Compared with Group I metals, they:
have high densities;
have high melting points;
form coloured 有色compounds 化合物;
often act as catalysts, both as elements and in compounds.
They can also have variable 可变oxidation numbers 氧化数. For example, iron 铁 forms both iron(II) and iron(III) compounds.
Português
Os metais de transição 过渡元素 são o bloco de metais no meio da Tabela Periódica. Comparados aos metais do Grupo I, eles:
têm altas densidades;
têm altos pontos de fusão;
formam compostos 化合物coloridos 有色;
frequentemente atuam como catalisadores, tanto como elementos quanto em compostos.
Eles também podem ter números de oxidação 氧化数variáveis 可变. Por exemplo, o ferro 铁 forma compostos de ferro(II) e ferro(III).
Metais de transição formam compostos coloridos: cada uma dessas soluções contém um íon diferente de metal de transição
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Laboratório de elementos de transição
Combine as propriedades dos metais de transição com exemplos reais.
Group VIII — the noble gases · Grupo VIII — os gases nobres
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Describe the Group VIII noble gases as unreactive, monatomic gases and explain this in terms of electronic configuration
Português
Central
Suplementar
1 Descreva os gases nobres do Grupo VIII como inertes, gases monoatômicos e explique isso em termos de configuração eletrônica
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
The Group VIII noble gases 稀有气体 are unreactive 不活泼, monatomic 单原子 gases (they exist as single atoms, not as molecules).
They are unreactive because they already have a full outer shell of electrons. This makes them stable, so they do not need to gain, lose or share electrons.
Português
Os gases nobres 稀有气体 do Grupo VIII são inertes 不活泼, gases monoatômicos 单原子 (existem como átomos individuais, não como moléculas).
Eles são inertes porque já possuem uma camada externa de elétrons completa. Isso os torna estáveis, então não precisam ganhar, perder ou compartilhar elétrons.
Passar eletricidade através de cada gás nobre faz com que ele emita uma cor característica — é assim que funcionam as placas de neon e outras luzes
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Laboratório de gases nobres
Classifique os usos dos gases nobres pela propriedade que os torna úteis.
The Periodic Table is ordered by proton number. Elements in the same group (column) have the same number of outer electrons, so they react in similar ways; periods are the rows.
Group I (alkali metals) get more reactive going down; Group VII (halogens) get less reactive going down — opposite trends.
A more reactive halogen displaces a less reactive one from a solution of its salt — for example chlorine displaces bromine.
Noble gases are unreactive because they have a full outer shell. Transition elements are hard and dense, form coloured compounds, act as catalysts and have variable oxidation numbers.
Português
A Tabela Periódica é ordenada pelo número de prótons. Elementos no mesmo grupo (coluna) têm o mesmo número de elétrons externos, então reagem de maneira semelhante; períodos são as linhas.
Grupo I (metais alcalinos) tornam-se mais reativos descendo; Grupo VII (halogênios) tornam-se menos reativos descendo — tendências opostas.
Um halogênio mais reativo desloca um menos reativo de uma solução de seu sal — por exemplo, o cloro desloca o bromo.
Gases nobres são inertes porque têm uma camada externa cheia. Metais de transição são duros e densos, formam compostos coloridos, atuam como catalisadores e têm números de oxidação variáveis.
1 Compare the general physical properties of metals and non-metals, including: (a) thermal conductivity (b) electrical conductivity (c) malleability and ductility (d) melting points and boiling points
2 Describe the general chemical properties of metals, limited to their reactions with: (a) dilute acids (b) cold water and steam (c) oxygen
Português
Central
Suplementar
1 Compare as propriedades físicas gerais dos metais e não-metais, incluindo: (a) condutividade térmica (b) condutividade elétrica (c) maleabilidade e ductilidade (d) pontos de fusão e ebulição
2 Descreva as propriedades químicas gerais dos metais, limitadas às suas reações com: (a) ácidos diluídos (b) água fria e vapor (c) oxigênio
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Physical properties
Metals 金属 and non-metals 非金属 behave very differently:
Property
Metals
Non-metals
thermal conductivity 导热性 (conducting heat)
good
poor
electrical conductivity 导电性
good
poor (except graphite)
malleability 展性 and ductility 延性
malleable and ductile
brittle 易碎 (they snap)
melting point 熔点 and boiling point 沸点
usually high
usually low
Chemical properties
Metals react in three main ways:
with dilute acids 酸 → a salt 盐 + hydrogen 氢气
with cold water or steam 蒸汽 → a metal hydroxide (or oxide) + hydrogen
with oxygen 氧气 → a metal oxide 氧化物
Português
Propriedades físicas
Metais 金属 e não-metais 非金属 comportam-se muito diferentemente:
Propriedade
Metais
Não-metais
condutividade térmica 导热性 (conduzir calor)
boa
má
condutividade elétrica 导电性
boa
má (exceto grafite)
maleabilidade 展性 e ductilidade 延性
maleável e dúctil
frágil 易碎 (quebram)
ponto de fusão 熔点 e ponto de ebulição 沸点
geralmente alto
geralmente baixo
Propriedades químicas
Os metais reagem de três maneiras principais:
com ácidos 酸 diluídos → um sal 盐 + hidrogênio 氢气
com água fria ou vapor 蒸汽 → um hidróxido (ou óxido) metálico + hidrogênio
com oxigênio 氧气 → um óxido 氧化物 metálico
Cobre nativo: metais são brilhantes, densos, maleáveis condutores de calor e eletricidade
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Ligação metálica
Íons positivos estão imersos em um mar de elétrons deslocalizados — é por isso que metais conduzem e podem ser moldados. Empurre as camadas e a ligação se mantém.
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Laboratório de propriedades metálicas
Ligue as propriedades dos metais ao modelo particulado.
1 Describe the uses of metals in terms of their physical properties, including: (a) aluminium in the manufacture of aircraft because of its low density (b) aluminium in the manufacture of overhead electrical cables because of its low density and good electrical conductivity (c) aluminium in food containers because of its resistance to corrosion (d) copper in electrical wiring because of its good electrical conductivity and ductility
Português
Central
Suplementar
1 Descreva os usos dos metais em termos de suas propriedades físicas, incluindo: (a) alumínio na fabricação de aviões devido à sua baixa densidade (b) alumínio na fabricação de cabos elétricos aéreos devido à sua baixa densidade e boa condutividade elétrica (c) alumínio em recipientes alimentícios devido à sua resistência à corrosão (d) cobre em fiação elétrica devido à sua boa condutividade elétrica e ductilidade
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
A metal is chosen for a job because of its physical properties.
Aluminium 铝 is used to make aircraft because of its low density 密度 (it is light).
Aluminium is used for overhead electrical cables because of its low density and good electrical conductivity.
Aluminium is used for food containers because it resists corrosion 腐蚀.
Copper 铜 is used for electrical wiring because of its good electrical conductivity and its ductility (it can be drawn into wires).
Português
Um metal é escolhido para uma tarefa devido às suas propriedades físicas.
Alumínio 铝 é usado para fazer aviões devido à sua baixa densidade 密度 (é leve).
Alumínio é usado para cabos elétricos aéreos devido à sua baixa densidade e boa condutividade elétrica.
Alumínio é usado para recipientes alimentícios porque resiste à corrosão 腐蚀.
Cobre 铜 é usado para fiação elétrica devido à sua boa condutividade elétrica e ductilidade (pode ser estirado em fios).
Corpos de aviões usam muito alumínio: é forte mas tem baixa densidade, então o avião permanece leve
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Laboratório de uso metálico
Escolha a propriedade que explica cada uso metálico.
1 Describe an alloy as a mixture of a metal with other elements, including: (a) brass as a mixture of copper and zinc (b) stainless steel as a mixture of iron and other elements such as chromium, nickel and carbon
2 State that alloys can be harder and stronger than the pure metals and are more useful
5 Explain in terms of structure how alloys can be harder and stronger than the pure metals because the different sized atoms in alloys mean the layers can no longer slide over each other
3 Describe the uses of alloys in terms of their physical properties, including stainless steel in cutlery because of its hardness and resistance to rusting
4 Identify representations of alloys from diagrams of structure
Português
Central
Suplementar
1 Descreva uma liga como uma mistura de um metal com outros elementos, incluindo: (a) latão como uma mistura de cobre e zinco (b) aço inoxidável como uma mistura de ferro e outros elementos como cromo, níquel e carbono
2 Afirme que ligas podem ser mais duras e resistentes que os metais puros e são mais úteis
5 Explique em termos de estrutura como ligas podem ser mais duras e resistentes que os metais puros porque os átomos de tamanhos diferentes nas ligas significam que as camadas não podem mais deslizar umas sobre as outras
3 Descreva os usos das ligas em termos de suas propriedades físicas, incluindo aço inoxidável em talheres devido à sua dureza e resistência à ferrugem
4 Identifique representações de ligas a partir de diagramas de estrutura
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
An alloy 合金 is a mixture 混合物 of a metal with one or more other elements.
Brass 黄铜 is a mixture of copper and zinc 锌.
Stainless steel 不锈钢 is a mixture of iron 铁 with other elements such as chromium 铬, nickel 镍 and carbon 碳.
Alloys are usually harder and stronger than the pure metals, which makes them more useful. For example, stainless steel is used for cutlery because it is hard and does not rust.
Why alloys are harder. In a pure metal, the atoms 原子 are all the same size, so the layers 层 can slide over each other easily. In an alloy, the different-sized atoms stop the layers from sliding, so the alloy is harder and stronger.
Português
Uma liga 合金 é uma mistura 混合物 de um metal com um ou mais outros elementos.
Latão 黄铜 é uma mistura de cobre e zinc 锌.
Aço inoxidável 不锈钢 é uma mistura de ferro 铁 com outros elementos como cromo 铬, níquel 镍 e carbono 碳.
Ligas geralmente são mais duras e fortes que os metais puros, o que as torna mais úteis. Por exemplo, o aço inoxidável é usado para talheres porque é duro e não enferruja.
Por que as ligas são mais duras. Em um metal puro, os átomos 原子 são todos do mesmo tamanho, então as camadas 层 podem deslizar umas sobre as outras facilmente. Em uma liga, os átomos de tamanhos diferentes impedem que as camadas deslizem, tornando a liga mais dura e forte.
Em uma liga, átomos de tamanhos diferentes impedem que as camadas deslizem umas sobre as outras, tornando a liga mais dura que o metal puro
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Laboratório de propriedades de ligações
Veja por que misturar átomos altera as propriedades dos metais.
1 State the order of the reactivity series as: potassium, sodium, calcium, magnesium, aluminium, carbon, zinc, iron, hydrogen, copper, silver, gold
4 Describe the relative reactivities of metals in terms of their tendency to form positive ions, by displacement reactions, if any, with the aqueous ions of magnesium, zinc, iron, copper and silver
2 Describe the reactions, if any, of: (a) potassium, sodium and calcium with cold water (b) magnesium with steam (c) magnesium, zinc, iron, copper, silver and gold with dilute hydrochloric acid and explain these reactions in terms of the position of the metals in the reactivity series
5 Explain the apparent unreactivity of aluminium in terms of its oxide layer
3 Deduce an order of reactivity from a given set of experimental results
Português
Central
Suplementar
1 Afirme a ordem da série de reatividade como: potássio, sódio, cálcio, magnésio, alumínio, carbono, zinco, ferro, hidrogênio, cobre, prata, ouro
4 Descreva as reatividades relativas dos metais em termos de sua tendência a formar íons positivos, por reações de deslocamento, se houver, com os íons aquosos de magnésio, zinco, ferro, cobre e prata
2 Descreva as reações, se houver, de: (a) potássio, sódio e cálcio com água fria (b) magnésio com vapor (c) magnésio, zinco, ferro, cobre, prata e ouro com ácido clorídrico diluído e explique essas reações em termos da posição dos metais na série de reatividade
5 Explique a aparente inércia do alumínio em termos de sua camada de óxido
3 Deduza uma ordem de reatividade a partir de um conjunto dado de resultados experimentais
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
The reactivity series 金属活动性顺序 lists metals in order of how reactive they are. Carbon and hydrogen are included for comparison:
(most reactive at the top, least reactive at the bottom)
The higher a metal is, the more easily it forms positive ions 离子. This explains its reactions:
potassium, sodium and calcium react with cold water.
magnesium reacts with steam (but only very slowly with cold water).
magnesium, zinc and iron react with dilute hydrochloric acid; copper, silver and gold do not.
Displacement reactions
A more reactive metal will displace a less reactive metal from a solution of its ions (a displacement reaction 置换反应). For example, zinc displaces copper from copper(II) sulfate solution, because zinc is more reactive than copper:
Be ready to say what you would see, because those are separate marks:
the blue colour of the solution fades - the blue $\text{Cu}^{2+}$ ions are being used up (zinc sulfate is colourless).
a pink-brown solid coats the zinc - that is the displaced copper.
the grey zinc dissolves and gets smaller.
the mixture warms up - displacement is exothermic.
Metal-and-acid reactions have their own list: effervescence 泡腾 (the hydrogen escaping) and the solid dissolves. With copper(II) oxide or carbonate and acid, add that the solution turns blue. Never write "hydrogen is given off" as an observation - you cannot see the gas, only the bubbles, so write effervescence.
Worked example. Zinc and aluminium are both found as oxides. Which can be extracted by heating with carbon, and why? Find each metal's place relative to carbon in the reactivity series. Zinc sits below carbon, so carbon is the more reactive of the two and can take the oxygen away from it: zinc oxide is reduced by heating with carbon. Aluminium sits above carbon, so carbon is not reactive enough to displace it, and aluminium must be extracted by electrolysis instead - which is why aluminium costs far more to extract. The line in the series that decides the method is carbon's, not the top of the list.
The special case of aluminium
Aluminium seems less reactive than its position suggests. This is because it is covered by a thin, strong oxide layer 氧化层 that stops other substances reaching the metal underneath.
Português
A série de reatividade 金属活动性顺序 lista os metais em ordem de sua reatividade. Carbono e hidrogênio são incluídos para comparação:
Metais acima do carbono são extraídos por eletrólise; aqueles abaixo do carbono podem ser extraídos aquecendo com carbono
Quanto mais alto está um metal, mais facilmente forma íons positivos 离子. Isso explica suas reações:
potássio, sódio e cálcio reagem com água fria.
magnésio reage com vapor (mas muito lentamente com água fria).
magnésio, zinco e ferro reagem com ácido clorídrico diluído; cobre, prata e ouro não reagem.
Reações de deslocamento
Um metal mais reativo deslocará um metal menos reativo de uma solução de seus íons (uma reação de deslocamento 置换反应). Por exemplo, o zinco desloca o cobre da solução de sulfato de cobre(II), pois o zinco é mais reativo que o cobre:
Esteja pronto para dizer o que você veria, pois são marcas separadas:
a cor azul da solução desaparece - os íons azul $\text{Cu}^{2+}$ estão sendo consumidos (sulfato de zinco é incolor).
um sólido rosa-acastanhado reveste o zinco - esse é o cobre deslocado.
o zinco cinza dissolve e diminui de tamanho.
a mistura aquece - o deslocamento é exotérmico.
Reações de metal com ácido têm sua própria lista: efervescência 泡腾 (o escape do hidrogênio) e o sólido dissolve. Com óxido de cobre(II) ou carbonato e ácido, adicione que a solução fica azul. Nunca escreva "hidrogênio é liberado" como uma observação - você não pode ver o gás, apenas as bolhas, então escreva efervescência.
Exemplo resolvido. Zinco e alumínio são ambos encontrados como óxidos. Qual pode ser extraído aquecendo com carbono, e por quê? Encontre a posição de cada metal em relação ao carbono na série de reatividade. O zinco fica abaixo do carbono, então o carbono é mais reativo dos dois e pode retirar o oxigênio dele: o óxido de zinco é reduzido aquecendo com carbono. O alumínio fica acima do carbono, então o carbono não é suficientemente reativo para desloca-lo, e o alumínio deve ser extraído por eletrólise - é por isso que o alumínio custa muito mais para extrair. A linha na série que decide o método é a do carbono, não o topo da lista.
O caso especial do alumínio
O alumínio parece menos reativo do que sua posição sugere. Isso ocorre porque ele é coberto por uma fina e forte camada de óxido 氧化层 que impede que outras substâncias alcancem o metal por baixo.
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Deslocamento e a série de reatividade
Passo a passo do deslocamento. Um metal mais reativo empurra um menos reativo para fora de seu composto — exatamente o que a série de reatividade prevê.
1 State the conditions required for the rusting of iron and steel to form hydrated iron(III) oxide
2 State some common barrier methods, including painting, greasing and coating with plastic
4 Describe the use of zinc in galvanising as an example of a barrier method and sacrificial protection
3 Describe how barrier methods prevent rusting by excluding oxygen or water
5 Explain sacrificial protection in terms of the reactivity series and in terms of electron loss
Português
Central
Suplementar
1 Afirme as condições necessárias para a ferrugem do ferro e do aço para formar óxido de ferro(III) hidratado
2 Afirme alguns métodos de barreira comuns, incluindo pintura, lubrificação e revestimento com plástico
4 Descreva o uso do zinco na galvanização como exemplo de método de barreira e proteção sacrificial
3 Descreva como os métodos de barreira impedem a ferrugem excluindo oxigênio ou água
5 Explique a proteção sacrificial em termos da série de reatividade e em termos de perda de elétrons
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Rusting 生锈 is the corrosion of iron and steel. Two things are needed for rusting: oxygen (from the air) and water. The rust 铁锈 formed is hydrated iron(III) oxide.
Stopping rust
Barrier methods 隔离法 keep oxygen and water away from the iron:
painting, greasing (covering with oil), and coating with plastic.
Galvanising 镀锌 means coating iron with a layer of zinc. This works in two ways:
it is a barrier (the zinc keeps out air and water);
it gives sacrificial protection 牺牲保护. Because zinc is more reactive than iron, the zinc loses electrons 电子 and corrodes instead of the iron — even if the surface is scratched.
Português
A corrosão consome lentamente o metal exposto.
Ferrugem 生锈 é a corrosão do ferro e do aço. Duas coisas são necessárias para a ferrugem: oxigênio (do ar) e água. A ferrugem 铁锈 formada é óxido de ferro(III) hidratado.
Água salgada e ar oxidaram gravamente esta corrente de ferro — a ferrugem é óxido de ferro(III) hidratadoA ferrugem precisa tanto de água quanto de oxigênio — o prego só enferruja no tubo que tem ambos
Evitando a ferrugem
Métodos de barreira 隔离法 mantêm o oxigênio e a água longe do ferro:
pintura, graxa (cobertura com óleo) e revestimento com plástico.
Galvanização 镀锌 significa revestir o ferro com uma camada de zinco. Isso funciona de duas formas:
é uma barreira (o zinco impede o ar e a água);
oferece proteção sacrificial 牺牲保护. Como o zinco é mais reativo que o ferro, o zinco perde elétrons 电子 e corrói em vez do ferro — mesmo se a superfície for riscada.
O zinco mais reativo corrói-se e doa seus elétrons ao ferro, assim o ferro é protegido mesmo onde a superfície está riscada
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Por que o ferro enferruja — e como evitar
Passo a passo da ferrugem. O ferro precisa DE ÁGUA E oxigênio, e uma vez que começa, a ferrugem se solta expondo metal fresco — é por isso que protegemos o ferro.
1 Describe the ease in obtaining metals from their ores, related to the position of the metal in the reactivity series
2 Describe the extraction of iron from hematite in the blast furnace, limited to: (a) the burning of carbon (coke) to provide heat and produce carbon dioxide (b) the reduction of carbon dioxide to carbon monoxide (c) the reduction of iron(III) oxide by carbon monoxide (d) the thermal decomposition of calcium carbonate/limestone to produce calcium oxide (e) the formation of slag Symbol equations are not required
4 State the symbol equations for the extraction of iron from hematite (a) $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$ (b) $\text{C} + \text{CO}_2 \rightarrow 2\text{CO}$ (c) $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$ (d) $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$ (e) $\text{CaO} + \text{SiO}_2 \rightarrow \text{CaSiO}_3$
3 State that the main ore of aluminium is bauxite and that aluminium is extracted by electrolysis
5 Describe the extraction of aluminium from purified bauxite/aluminium oxide, including: (a) the role of cryolite (b) why the carbon anodes need to be regularly replaced (c) the reactions at the electrodes, including ionic half-equations Details of the purification of bauxite are not required
Português
Central
Suplementar
1 Descreva a facilidade de obtenção de metais de seus minérios, relacionada à posição do metal na série de reatividade
2 Descreva a extração de ferro da hematita no forno alto, limitado a: (a) a queima de carbono (coque) para fornecer calor e produzir dióxido de carbono (b) a redução do dióxido de carbono para monóxido de carbono (c) a redução do óxido de ferro(III) por monóxido de carbono (d) a decomposição térmica do carbonato de cálcio/pedra calcária para produzir óxido de cálcio (e) a formação de escória Equações simbólicas não são necessárias
4 Afirme as equações simbólicas para a extração de ferro da hematita (a) $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$ (b) $\text{C} + \text{CO}_2 \rightarrow 2\text{CO}$ (c) $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2$ (d) $\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$ (e) $\text{CaO} + \text{SiO}_2 \rightarrow \text{CaSiO}_3$
3 Afirme que o principal minério de alumínio é a bauxita e que o alumínio é extraído por eletrólise
5 Descreva a extração de alumínio de bauxita/aluminia purificada, incluindo: (a) o papel da criolita (b) por que os eletrodos de carbono precisam ser substituídos regularmente (c) as reações nos eletrodos, incluindo semi-equações iônicas Detalhes da purificação da bauxita não são necessários
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
How a metal is taken from its ore 矿石 depends on its place in the reactivity series. Metals below carbon can be extracted by heating with carbon (which removes the oxygen). Metals above carbon are too reactive for this and must be extracted by electrolysis 电解.
Iron from the blast furnace
Iron is extracted from its ore hematite 赤铁矿 (iron(III) oxide) in a blast furnace 高炉:
Carbon (coke) burns in hot air to give carbon dioxide and lots of heat.
This carbon dioxide 二氧化碳 reacts with more carbon to form carbon monoxide 一氧化碳.
The carbon monoxide reduces the iron(III) oxide to iron (this is reduction 还原).
Limestone 石灰石 (calcium carbonate) breaks down in the heat to form calcium oxide 氧化钙.
The calcium oxide reacts with sandy impurities to form slag 炉渣, which is removed.
Aluminium by electrolysis
Aluminium is extracted from its ore bauxite 铝土矿 (purified to aluminium oxide) by electrolysis:
The aluminium oxide is dissolved in molten cryolite 冰晶石 to lower its melting point and save energy.
At the cathode 阴极, aluminium ions gain electrons to form aluminium metal.
At the anode 阳极, oxygen is formed. This oxygen reacts with the hot carbon anodes and burns them away, so they must be replaced regularly.
Português
Como um metal é retirado de seu minério 矿石 depende de sua posição na série de reatividade. Metais abaixo do carbono podem ser extraídos aquecendo com carbono (que remove o oxigênio). Metais acima do carbono são muito reativos para isso e devem ser extraídos por eletrólise 电解.
Metais acima do carbono precisam de eletrólise; os abaixo são aquecidos com carbono
Ferro do alto-forno
O ferro é extraído de seu minério hematita 赤铁矿 (óxido de ferro(III)) em um alto-forno 高炉:
O carbono (coque) queima em ar quente para dar dióxido de carbono e muito calor.
Este dióxido de carbono 二氧化碳 reage com mais carbono para formar monóxido de carbono 一氧化碳.
O monóxido de carbono reduz o óxido de ferro(III) a ferro (isto é redução 还原).
Pedra calcária 石灰石 (carbonato de cálcio) se decompõe pelo calor para formar óxido de cálcio 氧化钙.
O óxido de cálcio reage com impurezas arenosas para formar escória 炉渣, que é removida.
No alto-forno, o monóxido de carbono reduz o minério de ferro, e a pedra calcária remove impurezas arenosas como escória
Alumínio por eletrólise
O alumínio é extraído de seu minério bauxita 铝土矿 (purificado em óxido de alumínio) por eletrólise:
O óxido de alumínio é dissolvido em criolita 冰晶石 fundida para baixar seu ponto de fusão e economizar energia.
No cátodo 阴极, íons de alumínio ganham elétrons para formar metal de alumínio.
No ânodo 阳极, oxigênio é formado. Este oxigênio reage com os ânodos de carbono quentes e os queima, então eles devem ser substituídos regularmente.
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Extraindo ferro no alto-forno
O ferro está abaixo do carbono na reatividade, então o carbono pode reduzir seu minério ao metal.
Learn the reactivity series (potassium → gold). A more reactive metal displaces a less reactive one from a solution of its ions.
Metals above carbon are extracted by electrolysis; those below carbon (like iron) can be extracted by heating with carbon.
Rusting needs both water and oxygen. Barrier methods (paint, oil) keep them out; galvanising also gives sacrificial protection, because the more reactive zinc corrodes instead of the iron.
Alloys are harder than pure metals because the different-sized atoms stop the layers of ions sliding over each other.
Português
Aprenda a série de reatividade (potássio → ouro). Um metal mais reativo desloca um menos reativo de uma solução de seus íons.
Metais acima do carbono são extraídos por eletrólise; aqueles abaixo do carbono (como o ferro) podem ser extraídos aquecendo com carbono.
Ferrugem precisa de ambos água e oxigênio. Métodos de barreira (tinta, óleo) os mantêm fora; galvanização também oferece proteção sacrificial, porque o zinco mais reativo corrói em vez do ferro.
Ligas são mais duras que metais puros porque átomos de tamanhos diferentes impedem que as camadas de íons deslizuem umas sobre as outras.
1 Describe chemical tests for the presence of water using anhydrous cobalt(II) chloride and anhydrous copper(II) sulfate
2 Describe how to test for the purity of water using melting point and boiling point
3 Explain that distilled water is used in practical chemistry rather than tap water because it contains fewer chemical impurities
4 State that water from natural sources may contain substances, including: (a) dissolved oxygen (b) metal compounds (c) plastics (d) sewage (e) harmful microbes (f) nitrates from fertilisers (g) phosphates from fertilisers and detergents
5 State that some of these substances are beneficial, including: (a) dissolved oxygen for aquatic life (b) some metal compounds provide essential minerals for life
6 State that some of these substances are potentially harmful, including: (a) some metal compounds are toxic (b) some plastics harm aquatic life (c) sewage contains harmful microbes which cause disease (d) nitrates and phosphates lead to deoxygenation of water and damage to aquatic life Details of the eutrophication process are not required
7 Describe the treatment of the domestic water supply in terms of: (a) sedimentation and filtration to remove solids (b) use of carbon to remove tastes and odours (c) chlorination to kill microbes
Português
Central
Suplementar
1 Descreva testes químicos para a presença de água usando cloreto de cobalto(II) anidro e sulfato de cobre(II) anidro
2 Descreva como testar a pureza da água usando ponto de fusão e ponto de ebulição
3 Explique que a água destilada é usada em química prática em vez de água da torneira porque contém menos impurezas químicas
4 Afirme que a água de fontes naturais pode conter substâncias, incluindo: (a) oxigênio dissolvido (b) compostos metálicos (c) plásticos (d) esgoto (e) microrganismos nocivos (f) nitratos de fertilizantes (g) fosfatos de fertilizantes e detergentes
5 Afirme que algumas dessas substâncias são benéficas, incluindo: (a) oxigênio dissolvido para a vida aquática (b) alguns compostos metálicos fornecem minerais essenciais para a vida
6 Afirme que algumas dessas substâncias são potencialmente nocivas, incluindo: (a) alguns compostos metálicos são tóxicos (b) alguns plásticos prejudicam a vida aquática (c) o esgoto contém microrganismos nocivos que causam doenças (d) nitratos e fosfatos levam à desoxigenação da água e danos à vida aquática Detalhes do processo de eutrofização não são necessários
7 Descreva o tratamento do abastecimento doméstico de água em termos de: (a) sedimentação e filtração para remover sólidos (b) uso de carvão para remover sabores e odores (c) cloração para matar microrganismos
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Testing for water
Two chemical tests show that water is present:
Anhydrous 无水 cobalt(II) chloride turns from blue to pink when water is added.
Anhydrous copper(II) sulfate turns from white to blue when water is added.
These tests only show that water is there. To show that water is pure, you test its melting point 熔点 and boiling point 沸点: pure water melts at exactly $0\,{}^{\circ}\text{C}$ and boils at exactly $100\,{}^{\circ}\text{C}$. Any dissolved substance changes these values.
This is why distilled water 蒸馏水 is used in chemistry instead of tap water — it has far fewer chemical impurities 杂质.
What is in natural water
Water from rivers, lakes and the sea is not pure. It may contain dissolved oxygen 氧气, metal compounds, plastics, sewage 污水, harmful microbes 微生物, and nitrates 硝酸盐 and phosphates 磷酸盐 (which come from fertilisers and detergents).
Some of these are helpful:
dissolved oxygen lets aquatic life 水生生物 (fish and plants) breathe;
some metal compounds give essential minerals 矿物质.
Others are harmful:
some metal compounds are toxic 有毒 (poisonous);
some plastics harm aquatic life;
sewage carries microbes that cause disease;
nitrates and phosphates cause deoxygenation 缺氧 (loss of oxygen) in the water, which harms aquatic life.
Treating drinking water
To make water safe to drink, the water supply is treated in steps:
sedimentation 沉降 and filtration 过滤 remove solid bits;
passing it through carbon 碳 removes bad tastes and smells;
Dois testes químicos mostram que a água está presente:
Cloreto de cobalto(II) 无水 anidro muda de azul para rosa quando água é adicionada.
Sulfato de cobre(II) anidro muda de branco para azul quando água é adicionada.
Esses testes só mostram que a água está lá. Para mostrar que a água é pura, teste seu ponto de fusão 熔点 e ponto de ebulição 沸点: a água pura funde-se exatamente em $0\,{}^{\circ}\text{C}$ e ferve exatamente em $100\,{}^{\circ}\text{C}$. Qualquer substância dissolvida altera esses valores.
Testes de mudança de cor mostram que a água está presente; pontos fixos de fusão e ebulição mostram que é pura
É por isso que água destilada 蒸馏水 é usada em química em vez de água da torneira — ela tem muito menos impurezas 杂质 químicas.
O que há na água natural
Água de rios, lagos e mares não é pura. Pode conter oxigênio 氧气 dissolvido, compostos metálicos, plásticos, esgoto 污水, microrganismos 微生物 nocivos, e nitratos 硝酸盐 e fosfatos 磷酸盐 (que vêm de fertilizantes e detergentes).
Alguns desses são benéficos:
oxigênio dissolvido permite que a vida aquática 水生生物 (peixes e plantas) respire;
alguns compostos metálicos fornecem minerais 矿物质 essenciais.
Outros são prejudiciais:
alguns compostos metálicos são tóxicos 有毒 (venenosos);
alguns plásticos danificam a vida aquática;
esgoto carrega microrganismos que causam doenças;
nitratos e fosfatos causam hipóxia 缺氧 (perda de oxigênio) na água, o que prejudica a vida aquática.
Tratamento de água potável
Para tornar a água segura para beber, o abastecimento é tratado em etapas:
sedimentação 沉降 e filtração 过滤 removem partículas sólidas;
passar por carvão 碳 remove maus sabores e odores;
cloração 氯消毒 (adição de cloro) mata microrganismos nocivos.
A água torna-se segura para beber em etapas: assentar grandes partículas, filtrar, remover sabores com carvão, depois clorar
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Laboratório de tratamento de água
Classifique processos de água pelo que eles removem ou alteram.
10.2
Fertilisers · Fertilizantes
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 State that ammonium salts and nitrates are used as fertilisers
2 Describe the use of NPK fertilisers to provide the elements nitrogen, phosphorus and potassium for improved plant growth
Português
Central
Suplementar
1 Afirme que sais de amônio e nitratos são usados como fertilizantes
2 Descreva o uso de fertilizantes NPK para fornecer os elementos nitrogênio, fósforo e potássio para crescimento vegetal melhorado
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Fertilisers 肥料 are added to soil to help plants grow. Ammonium salts and nitrates are common fertilisers.
NPK fertilisers contain the three elements plants need most: nitrogen 氮气, phosphorus 磷 and potassium 钾.
Português
Fertilizantes 肥料 são adicionados ao solo para ajudar as plantas a crescer. Sais de amônio e nitratos são fertilizantes comuns.
Fertilizantes NPK contêm os três elementos que as plantas mais precisam: nitrogênio 氮气, fósforo 磷 e potássio 钾.
Fertilizantes NPK fornecem os três elementos que as plantas mais precisam: nitrogênio, fósforo e potássio
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Rota de laboratório de fertilizantes
Siga o nitrogênio das matérias-primas ao crescimento da cultura.
Air quality and climate · Qualidade do ar e clima
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 State the composition of clean, dry air as approximately 78% nitrogen, $\text{N}_2$, 21% oxygen, $\text{O}_2$ and the remainder as a mixture of noble gases and carbon dioxide, $\text{CO}_2$
2 State the source of each of these air pollutants, limited to: (a) carbon dioxide from the complete combustion of carbon-containing fuels (b) carbon monoxide and particulates from the incomplete combustion of carbon-containing fuels (c) methane from the decomposition of vegetation and waste gases from digestion in animals (d) oxides of nitrogen from car engines (e) sulfur dioxide from the combustion of fossil fuels which contain sulfur compounds
3 State the adverse effect of these air pollutants, limited to: (a) carbon dioxide: higher levels of carbon dioxide leading to increased global warming, which leads to climate change (b) carbon monoxide: toxic gas (c) particulates: increased risk of respiratory problems and cancer (d) methane: higher levels of methane leading to increased global warming, which leads to climate change (e) oxides of nitrogen: acid rain, photochemical smog and respiratory problems (f) sulfur dioxide: acid rain
7 Describe how the greenhouse gases carbon dioxide and methane cause global warming, limited to: (a) the absorption, reflection and emission of thermal energy (b) reducing thermal energy loss to space
4 State and explain strategies to reduce the effects of these environmental issues, limited to: (a) climate change: planting trees, reduction in livestock farming, decreasing use of fossil fuels, increasing use of hydrogen and renewable energy, e.g. wind, solar (b) acid rain: use of catalytic converters in vehicles, reducing emissions of sulfur dioxide by using low-sulfur fuels and flue gas desulfurisation with calcium oxide
8 Explain how oxides of nitrogen form in car engines and describe their removal by catalytic converters, e.g. $2\text{CO} + 2\text{NO} \rightarrow 2\text{CO}_2 + \text{N}_2$
5 Describe photosynthesis as the reaction between carbon dioxide and water to produce glucose and oxygen in the presence of chlorophyll and using energy from light
6 State the word equation for photosynthesis, carbon dioxide + water $\rightarrow$ glucose + oxygen
9 State the symbol equation for photosynthesis, $6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$
Português
Central
Suplementar
1 Afirme a composição do ar limpo e seco como aproximadamente 78% nitrogênio, $\text{N}_2$, 21% oxigênio, $\text{O}_2$ e o restante como uma mistura de gases nobres e dióxido de carbono, $\text{CO}_2$
2 Afirme a fonte de cada um desses poluentes do ar, limitado a: (a) dióxido de carbono da combustão completa de combustíveis contendo carbono (b) monóxido de carbono e particulados da combustão incompleta de combustíveis contendo carbono (c) metano da decomposição de vegetação e gases digestivos em animais (d) óxidos de nitrogênio de motores de carros (e) dióxido de enxofre da combustão de combustíveis fósseis que contêm compostos de enxofre
3 Afirme o efeito adverso desses poluentes do ar, limitado a: (a) dióxido de carbono: níveis mais altos de dióxido de carbono levando ao aumento do aquecimento global, que leva às mudanças climáticas (b) monóxido de carbono: gás tóxico (c) particulados: maior risco de problemas respiratórios e câncer (d) metano: níveis mais altos de metano levando ao aumento do aquecimento global, que leva às mudanças climáticas (e) óxidos de nitrogênio: chuva ácida, smog fotoquímico e problemas respiratórios (f) dióxido de enxofre: chuva ácida
7 Descreva como os gases de efeito estufa dióxido de carbono e metano causam o aquecimento global, limitado a: (a) a absorção, reflexão e emissão de energia térmica (b) reduzindo a perda de energia térmica para o espaço
4 Afirme e explique estratégias para reduzir os efeitos desses problemas ambientais, limitado a: (a) mudanças climáticas: plantio de árvores, redução da pecuária, diminuição do uso de combustíveis fósseis, aumento do uso de hidrogênio e energia renovável, ex.: eólica, solar (b) chuva ácida: uso de conversores catalíticos em veículos, redução das emissões de dióxido de enxofre usando combustíveis de baixo enxofre e dessulfurização de gases de chaminé com óxido de cálcio
8 Explique como os óxidos de nitrogênio se formam em motores de carros e descreva sua remoção por conversores catalíticos, ex.: $2\text{CO} + 2\text{NO} \rightarrow 2\text{CO}_2 + \text{N}_2$
5 Descreva a fotossíntese como a reação entre dióxido de carbono e água para produzir glicose e oxigênio na presença de clorofila e usando energia da luz
6 Afirme a equação verbal da fotossíntese, dióxido de carbono + água $\rightarrow$ glicose + oxigênio
9 Afirme a equação simbólica da fotossíntese, $6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2$
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Clean, dry air is approximately:
78% nitrogen ($\text{N}_2$)
21% oxygen ($\text{O}_2$)
the rest is a mixture of noble gases 稀有气体 and carbon dioxide ($\text{CO}_2$).
Air pollutants and their sources
Pollutant
Main source
carbon dioxide ($\text{CO}_2$)
complete combustion 完全燃烧 of carbon-containing fuels
carbon monoxide 一氧化碳 and particulates 颗粒物
incomplete combustion 不完全燃烧 of carbon-containing fuels
methane 甲烷
rotting plants and waste gases from animal digestion
oxides of nitrogen 氮氧化物
car engines
sulfur dioxide
burning fossil fuels 化石燃料 that contain sulfur 硫
Effects of these pollutants
Carbon dioxide 二氧化碳 and methane are greenhouse gases 温室气体: more of them causes global warming 全球变暖, which leads to climate change 气候变化.
Carbon monoxide is a toxic gas.
Particulates increase the risk of respiratory 呼吸 (breathing) problems and cancer 癌症.
Oxides of nitrogen cause acid rain 酸雨, photochemical smog 光化学烟雾 and breathing problems.
Sulfur dioxide causes acid rain.
Worked example. A power station burns coal containing sulfur, and a lake downwind slowly turns acidic. Name the pollutant, explain the link, and give one way to stop it. Burning a fossil fuel that contains sulfur releases sulfur dioxide, which causes acid rain, so the rain falling on the lake is acidic. To stop it at the source, use flue gas desulfurisation, where calcium oxide removes the sulfur dioxide from the waste gases before they leave the chimney, or switch to a low-sulfur fuel. Match the fix to the pollutant: a catalytic converter treats a car's oxides of nitrogen and would do nothing about a coal-fired power station's sulfur dioxide.
Reducing these problems
To slow climate change: plant trees, farm fewer animals, burn fewer fossil fuels, and use more hydrogen and renewable energy 可再生能源 such as wind and solar power.
To reduce acid rain: fit catalytic converters 催化转化器 in cars, use low-sulfur fuels, and use flue gas desulfurisation 烟气脱硫 with calcium oxide 氧化钙 to remove sulfur dioxide from waste gases.
How greenhouse gases warm the Earth
Greenhouse gases such as carbon dioxide and methane let sunlight through, but they absorb the thermal energy 热能 given off by the warm Earth, and send some of it back down. This reduces the thermal energy lost to space, so the Earth gets warmer.
In a car engine, the high temperature makes nitrogen and oxygen from the air react to form oxides of nitrogen. A catalytic converter removes them, for example:
Photosynthesis 光合作用 is the opposite of combustion — it removes carbon dioxide from the air. Plants use light energy and chlorophyll 叶绿素 to turn carbon dioxide and water into glucose 葡萄糖 and oxygen:
A queima de combustíveis fósseis polui o ar e altera o clima.
Ar limpo e seco é aproximadamente:
78% nitrogênio ($\text{N}_2$)
21% oxigênio ($\text{O}_2$)
o resto é uma mistura de gases nobres 稀有气体 e dióxido de carbono ($\text{CO}_2$).
O ar limpo e seco contém cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases (gases nobres e dióxido de carbono)
Poluentes do ar e suas fontes
Poluente
Fonte principal
dióxido de carbono ($\text{CO}_2$)
combustão completa 完全燃烧 de combustíveis contendo carbono
monóxido de carbono 一氧化碳 e partículas 颗粒物
combustão incompleta 不完全燃烧 de combustíveis contendo carbono
metano 甲烷
decomposição de plantas e gases residuais da digestão animal
óxidos de nitrogênio 氮氧化物
motores de carros
dióxido de enxofre
queima de combustíveis fósseis 化石燃料 que contêm enxofre 硫
Efeitos desses poluentes
Dióxido de carbono 二氧化碳 e metano são gases de efeito estufa 温室气体: mais deles causa aquecimento global 全球变暖, que leva à mudança climática 气候变化.
O monóxido de carbono é um gás tóxico.
As partículas aumentam o risco de problemas respiratórios 呼吸 (respiração) e câncer 癌症.
Os óxidos de nitrogênio causam chuva ácida 酸雨, smog fotoquímico 光化学烟雾 e problemas respiratórios.
O dióxido de enxofre causa chuva ácida.
Exemplo resolvido. Uma usina queima carvão contendo enxofre e um lago a favor do vento torna-se lentamente ácido. Nomeie o poluente, explique a ligação e dê uma maneira de impedir isso. Queimar um combustível fóssil que contém enxofre libera dióxido de enxofre, que causa chuva ácida, então a chuva caindo sobre o lago é ácida. Para impedir isso na fonte, use dessulfurização de gases de chaminé, onde o óxido de cálcio remove o dióxido de enxofre dos gases residuais antes que saiam pela chaminé, ou mude para um combustível com baixo teor de enxofre. Corresponda a correção ao poluente: um conversor catalítico trata os óxidos de nitrogênio de um carro e não faria nada sobre o dióxido de enxofre de uma usina movida a carvão.
Reduzindo esses problemas
Para retardar a mudança climática: plante árvores, cultive menos animais, queime menos combustíveis fósseis e use mais hidrogênio e energia renovável 可再生能源, como eólica e solar.
Para reduzir a chuva ácida: instale conversores catalíticos 催化转化器 nos carros, use combustíveis com baixo teor de enxofre e utilize dessulfurização de gases de chaminé 烟气脱硫 com óxido de cálcio 氧化钙 para remover o dióxido de enxofre dos gases residuais.
Dentro de um conversor catalítico há uma colmeia revestida com metais catalisadores; os muitos pequenos canais dão uma enorme área superficial
Como os gases de efeito estufa aquecem a Terra
Gases de efeito estufa, como dióxido de carbono e metano, deixam a luz solar passar, mas eles absorvem a energia térmica 热能 emitida pela Terra quente e devolvem parte dela para baixo. Isso reduz a energia térmica perdida para o espaço, então a Terra fica mais quente.
Os gases de efeito estufa deixam a luz solar passar, mas retêm parte do calor que a Terra emite, então a Terra esquenta
Em um motor de carro, a alta temperatura faz com que o nitrogênio e o oxigênio do ar reajam para formar óxidos de nitrogênio. Um conversor catalítico os remove, por exemplo:
Fotossíntese 光合作用 é o oposto da combustão — ela remove dióxido de carbono do ar. As plantas usam energia luminosa e clorofila 叶绿素 para transformar dióxido de carbono e água em glicose 葡萄糖 e oxigênio:
Two tests show water is present (cobalt(II) chloride blue → pink; copper(II) sulfate white → blue), but only fixed melting and boiling points (0 °C and 100 °C) show it is pure.
Clean, dry air is about 78% nitrogen, 21% oxygen and 1% other gases (mostly noble gases and carbon dioxide).
Match each pollutant to its source and effect: carbon monoxide (incomplete combustion; toxic); sulfur dioxide and oxides of nitrogen (acid rain); carbon dioxide and methane (greenhouse gases → global warming).
Greenhouse gases let sunlight through but absorb the heat the warm Earth gives off and send some back down, so the Earth warms up.
Português
Dois testes mostram que a água está presente (cloreto de cobalto(II) azul → rosa; sulfato de cobre(II) branco → azul), mas apenas pontos de fusão e ebulição fixos (0 °C e 100 °C) mostram que ela é pura.
O ar limpo e seco contém cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases (na maioria gases nobres e dióxido de carbono).
Correspondência de cada poluente à sua fonte e efeito: monóxido de carbono (combustão incompleta; tóxico); dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio (chuva ácida); dióxido de carbono e metano (gases de efeito estufa → aquecimento global).
Os gases de efeito estufa deixam a luz solar passar, mas absorvem o calor que a Terra quente emite e devolvem parte dele para baixo, então a Terra esquenta.
Organic chemistry is the chemistry of carbon compounds. Carbon is special because it can join to other carbon atoms to make long chains and rings.
Português
A química orgânica é a química dos compostos de carbono. O carbono é especial porque pode se ligar a outros átomos de carbono para formar longas cadeias e anéis.
11.1
Formulae and key words · Fórmulas e palavras-chave
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Draw and interpret the displayed formula of a molecule to show all the atoms and all the bonds
2 Write and interpret general formulae of compounds in the same homologous series, limited to: (a) alkanes, $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ (b) alkenes, $\text{C}_n\text{H}_{2n}$ (c) alcohols, $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$ (d) carboxylic acids, $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{COOH}$
3 Identify a functional group as an atom or group of atoms that determine the chemical properties of a homologous series
7 State that a structural formula is an unambiguous description of the way the atoms in a molecule are arranged, including $\text{CH}_2=\text{CH}_2$, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$, $\text{CH}_3\text{COOCH}_3$
8 Define structural isomers as compounds with the same molecular formula, but different structural formulae, including $\text{C}_4\text{H}_{10}$ as $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$ and $\text{CH}_3\text{CH}(\text{CH}_3)\text{CH}_3$ and $\text{C}_4\text{H}_8$ as $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}=\text{CH}_2$ and $\text{CH}_3\text{CH}=\text{CHCH}_3$
4 State that a homologous series is a family of similar compounds with similar chemical properties due to the presence of the same functional group
9 Describe the general characteristics of a homologous series as: (a) having the same functional group (b) having the same general formula (c) differing from one member to the next by a –CH2– unit (d) displaying a trend in physical properties (e) sharing similar chemical properties
5 State that a saturated compound has molecules in which all carbon–carbon bonds are single bonds
6 State that an unsaturated compound has molecules in which one or more carbon–carbon bonds are not single bonds
Português
Central
Suplementar
1 Desenhe e interprete a fórmula desenvolvida de uma molécula para mostrar todos os átomos e todas as ligações
2 Escreva e interprete fórmulas gerais de compostos na mesma série homóloga, limitado a: (a) alcanos, $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ (b) alcenos, $\text{C}_n\text{H}_{2n}$ (c) álcoois, $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$ (d) ácidos carboxílicos, $\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{COOH}$
3 Identifique um grupo funcional como um átomo ou grupo de átomos que determinam as propriedades químicas de uma série homóloga
7 Afirme que uma fórmula estrutural é uma descrição inequívoca da maneira como os átomos em uma molécula estão dispostos, incluindo $\text{CH}_2=\text{CH}_2$, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$, $\text{CH}_3\text{COOCH}_3$
8 Defina isômeros estruturais como compostos com a mesma fórmula molecular, mas diferentes fórmulas estruturais, incluindo $\text{C}_4\text{H}_{10}$ como $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$ e $\text{CH}_3\text{CH}(\text{CH}_3)\text{CH}_3$ e $\text{C}_4\text{H}_8$ como $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}=\text{CH}_2$ e $\text{CH}_3\text{CH}=\text{CHCH}_3$
4 Afirme que uma série homóloga é uma família de compostos semelhantes com propriedades químicas semelhantes devido à presença do mesmo grupo funcional
9 Descreva as características gerais de uma série homóloga como: (a) ter o mesmo grupo funcional (b) ter a mesma fórmula geral (c) diferir de um membro para o próximo por uma unidade –CH2– (d) apresentar uma tendência nas propriedades físicas (e) compartilhar propriedades químicas semelhantes
5 Afirme que um composto saturado tem moléculas em que todas as ligações carbono-carbono são ligações simples
6 Afirme que um composto insaturado tem moléculas em que uma ou mais ligações carbono-carbono não são ligações simples
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
There are several ways to write an organic molecule:
The molecular formula 分子式 shows how many of each atom there are, for example $\text{C}_2\text{H}_6$.
The displayed formula 结构式 shows every atom and every bond drawn out in full.
The structural formula 结构简式 shows how the atoms are arranged without drawing every bond, for example $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$.
The general formula 通式 works for a whole family, for example $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ for alkanes.
A homologous series 同系物 is a family of compounds with the same functional group 官能团 — the atom or group of atoms that gives the family its chemical properties. Members of a series have the same general formula, differ by a $\text{CH}_2$ unit each step, and have similar chemical properties with a gradual change in physical properties.
Series
Functional group
General formula
alkanes
C–C single bonds only
$\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$
alkenes
C=C double bond
$\text{C}_n\text{H}_{2n}$
alcohols
–OH
$\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$
carboxylic acids
–COOH
$\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{COOH}$
A saturated 饱和 compound has only single carbon–carbon bonds. An unsaturated 不饱和 compound has one or more carbon–carbon bonds that are not single (such as a C=C double bond).
Structural isomers 同分异构体 are compounds with the same molecular formula but different structural formulae. For example, $\text{C}_4\text{H}_{10}$ can be a straight chain or a branched chain.
Português
Existem várias maneiras de escrever uma molécula orgânica:
A fórmula molecular 分子式 mostra quantos de cada átomo existem, por exemplo $\text{C}_2\text{H}_6$.
A fórmula estrutural expandida 结构式 mostra cada átomo e cada ligação desenhados completamente.
A fórmula estrutural simplificada 结构简式 mostra como os átomos estão organizados sem desenhar todas as ligações, por exemplo $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$.
A fórmula geral 通式 funciona para toda uma família, por exemplo $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$ para alcanos.
Uma série homóloga 同系物 é uma família de compostos com o mesmo grupo funcional 官能团 — o átomo ou grupo de átomos que confere às famílias suas propriedades químicas. Membros de uma série têm a mesma fórmula geral, diferem por uma unidade de $\text{CH}_2$ a cada passo e possuem propriedades químicas semelhantes com uma mudança gradual nas propriedades físicas.
Série
Grupo funcional
Fórmula geral
alcanos
Apenas ligações simples C–C
$\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$
alcenos
Ligação dupla C=C
$\text{C}_n\text{H}_{2n}$
álcoois
–OH
$\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{OH}$
ácidos carboxílicos
–COOH
$\text{C}_n\text{H}_{2n+1}\text{COOH}$
Os alcanos são uma série homóloga: cada membro tem uma unidade de $\text{CH}_2$ a mais (fórmula geral $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$)
Um composto saturado 饱和 tem apenas ligações simples carbono-carbono. Um composto insaturado 不饱和 tem uma ou mais ligações carbono-carbono que não são simples (como uma ligação dupla C=C).
Um composto saturado tem apenas ligações simples C–C; um insaturado tem uma ligação dupla C=C
Isômeros estruturais 同分异构体 são compostos com a mesma fórmula molecular, mas diferentes fórmulas estruturais. Por exemplo, $\text{C}_4\text{H}_{10}$ pode ser uma cadeia reta ou uma cadeia ramificada.
Isômeros estruturais: butano e 2-metilpropano compartilham a fórmula $\text{C}_4\text{H}_{10}$, mas têm estruturas diferentes
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Laboratório de grupo funcional
Classifique moléculas orgânicas pelo grupo que controla suas reações.
Naming organic compounds · Nomenclatura de compostos orgânicos
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Name and draw the displayed formulae of: (a) methane and ethane (b) ethene (c) ethanol (d) ethanoic acid (e) the products of the reactions stated in sections 11.4–11.7
3 Name and draw the structural and displayed formulae of unbranched: (a) alkanes (b) alkenes, including but-1-ene and but-2-ene (c) alcohols, including propan-1-ol, propan-2-ol, butan-1-ol and butan-2-ol (d) carboxylic acids containing up to four carbon atoms per molecule
2 State the type of compound present, given a chemical name ending in -ane, -ene, -ol, or -oic acid or from a molecular formula or displayed formula
4 Name and draw the displayed formulae of the unbranched esters which can be made from unbranched alcohols and carboxylic acids, each containing up to four carbon atoms
Português
Central
Suplementar
1 Nomeie e desenhe as fórmulas desenvolvidas de: (a) metano e etano (b) eteno (c) etanol (d) ácido etanóico (e) os produtos das reações declaradas nas seções 11.4–11.7
3 Nomeie e desenhe as fórmulas estruturais e desenvolvidas de não ramificados: (a) alcanos (b) alcenos, incluindo but-1-eno e but-2-eno (c) álcoois, incluindo propan-1-ol, propan-2-ol, butan-1-ol e butan-2-ol (d) ácidos carboxílicos contendo até quatro átomos de carbono por molécula
2 Afirme o tipo de composto presente, dado um nome químico terminado em -ane, -ene, -ol, ou -oic acid ou a partir de uma fórmula molecular ou fórmula desenvolvida
4 Nomeie e desenhe as fórmulas desenvolvidas dos ésteres não ramificados que podem ser feitos a partir de álcoois e ácidos carboxílicos não ramificados, cada um contendo até quatro átomos de carbono
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
The end of the name tells you the family:
Ending
Family
Example
-ane
alkane
methane, ethane
-ene
alkene
ethene
-ol
alcohol
ethanol
-oic acid
carboxylic acid
ethanoic acid
The start of the name tells you the number of carbon atoms: meth- = 1, eth- = 2, prop- = 3, but- = 4. For longer alkenes and alcohols, a number shows where the functional group is, for example but-1-ene and but-2-ene, or propan-1-ol and propan-2-ol.
Português
O final do nome indica a família:
Sufixo
Família
Exemplo
-ane
alcano
metano, etano
-ene
alceno
eteno
-ol
álcool
etanol
-oic acid
ácido carboxílico
ácido etanoico
O início do nome indica o número de átomos de carbono: meth- = 1, eth- = 2, prop- = 3, but- = 4. Para alcenos e álcoois mais longos, um número mostra onde o grupo funcional está, por exemplo but-1-eno e but-2-eno, ou propan-1-ol e propan-2-ol.
1 Name the fossil fuels: coal, natural gas and petroleum
2 Name methane as the main constituent of natural gas
3 State that hydrocarbons are compounds that contain hydrogen and carbon only
4 State that petroleum is a mixture of hydrocarbons
5 Describe the separation of petroleum into useful fractions by fractional distillation
6 Describe how the properties of fractions obtained from petroleum change from the bottom to the top of the fractionating column, limited to: (a) decreasing chain length (b) higher volatility (c) lower boiling points (d) lower viscosity
7 Name the uses of the fractions as: (a) refinery gas fraction for gas used in heating and cooking (b) gasoline/petrol fraction for fuel used in cars (c) naphtha fraction as a chemical feedstock (d) kerosene/paraffin fraction for jet fuel (e) diesel oil/gas oil fraction for fuel used in diesel engines (f) fuel oil fraction for fuel used in ships and home heating systems (g) lubricating oil fraction for lubricants, waxes and polishes (h) bitumen fraction for making roads
Português
Central
Suplementar
1 Nomeie os combustíveis fósseis: carvão, gás natural e petróleo
2 Nomeie o metano como o constituinte principal do gás natural
3 Afirme que hidrocarbonetos são compostos que contêm apenas hidrogênio e carbono
4 Afirme que o petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos
5 Descreva a separação do petróleo em frações úteis pela destilação fracionada
6 Descreva como as propriedades das frações obtidas do petróleo mudam da base para o topo da coluna de fracionamento, limitado a: (a) comprimento de cadeia decrescente (b) maior volatilidade (c) pontos de ebulição mais baixos (d) menor viscosidade
7 Nomeie os usos das frações como: (a) fração de gás de refino para gás usado no aquecimento e cozimento (b) fração de gasolina/petrol para combustível usado em carros (c) fração de nafta como matéria-prima química (d) fração de querosene/paraffin para combustível de aviação (e) fração de óleo diesel/gas oil para combustível usado em motores a diesel (f) fração de óleo combustível para combustível usado em navios e sistemas de aquecimento doméstico (g) fração de óleo lubrificante para lubrificantes, ceras e polishes (h) fração de betume para construção de estradas
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Fractional distillation of crude oil
The three fossil fuels 化石燃料 are coal 煤, natural gas 天然气 and petroleum 石油 (crude oil). Methane 甲烷 is the main part of natural gas.
A hydrocarbon 碳氢化合物 is a compound made of hydrogen and carbon only. Petroleum is a mixture of many different hydrocarbons.
Fractional distillation
Petroleum is separated into useful fractions 馏分 by fractional distillation 分馏. The mixture is heated, and the different hydrocarbons turn to gas and rise up a tall fractionating column 分馏塔. The column is hot at the bottom and cool at the top, so each fraction turns back to liquid at a different height.
Going from the bottom to the top of the column, the fractions have:
shorter chain length 链长 (smaller molecules);
higher volatility 挥发性 (they turn to gas more easily);
lower boiling points;
lower viscosity 黏度 (they flow more easily).
Fraction
Use
refinery gas
gas for heating and cooking
gasoline / petrol
fuel for cars
naphtha
raw material for making chemicals
kerosene / paraffin
jet fuel
diesel oil
fuel for diesel engines
fuel oil
fuel for ships and home heating
lubricating oil
lubricants, waxes and polishes
bitumen 沥青
making roads
Português
Destilação fracionada do petróleo brutoUma refinaria de petróleo separa o petróleo bruto em combustíveis úteis por destilação fracionada.
Os três combustíveis fósseis 化石燃料 são carvão 煤, gás natural 天然气 e petróleo 石油 (petróleo bruto). Metano 甲烷 é a principal parte do gás natural.
Um hidrocarboneto 碳氢化合物 é um composto feito apenas de hidrogênio e carbono. O petróleo é uma mistura de muitos hidrocarbonetos diferentes.
Destilação fracionada
O petróleo é separado em frações 馏分 úteis por destilação fracionada 分馏. A mistura é aquecida, e os diferentes hidrocarbonetos viram gás e sobem por uma alta coluna de fracionamento 分馏塔. A coluna é quente na parte inferior e fria na parte superior, então cada fração volta a ser líquido em uma altura diferente.
As frações se separam pelo ponto de ebulição: moléculas pequenas saem pelo topo frio, betume espesso permanece na base quente
Da base para o topo da coluna, as frações têm:
comprimento de cadeia 链长 menor (moléculas menores);
maior volatilidade 挥发性 (virem a gás mais facilmente);
pontos de ebulição mais baixos;
menor viscosidade 黏度 (fluem mais facilmente).
Fração
Uso
gás de refinaria
gás para aquecimento e cozimento
gasolina / petrol
combustível para carros
nafta
matéria-prima para produção de produtos químicos
querosene / parafina
combustível para jatos
óleo diesel
combustível para motores diesel
óleo combustível
combustível para navios e aquecimento doméstico
óleo lubrificante
lubrificantes, ceras e polidores
betume 沥青
construção de estradas
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Rota de laboratório de combustíveis
Siga um combustível da fonte aos produtos de combustão.
1 State that the bonding in alkanes is single covalent and that alkanes are saturated hydrocarbons
2 Describe the properties of alkanes as being generally unreactive, except in terms of combustion and substitution by chlorine
3 State that in a substitution reaction one atom or group of atoms is replaced by another atom or group of atoms
4 Describe the substitution reaction of alkanes with chlorine as a photochemical reaction, with ultraviolet light providing the activation energy, $E_a$, and draw the structural or displayed formulae of the products, limited to monosubstitution
Português
Central
Suplementar
1 Afirme que a ligação nos alcanos é covalente simples e que alcanos são hidrocarbonetos saturados
2 Descreva as propriedades dos alcanos sendo geralmente inerte, exceto em termos de combustão e substituição por cloro
3 Afirme que numa reação de substituição um átomo ou grupo de átomos é substituído por outro átomo ou grupo de átomos
4 Descreva a reação de substituição de alcanos com cloro como uma reação fotoquímica, com luz ultravioleta fornecendo a energia de ativação, $E_a$, e desenhe as fórmulas estruturais ou desenvolvidas dos produtos, limitado à monosubstituição
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Alkanes 烷烃 have only single covalent bonds, so they are saturated hydrocarbons. They are generally unreactive. Their two important reactions are:
Combustion 燃烧: they burn in plenty of oxygen to give carbon dioxide and water.
Substitution with chlorine.
In a substitution reaction 取代反应, one atom (or group of atoms) is replaced by another. Alkanes react with chlorine only in ultraviolet light 紫外线 — this is a photochemical reaction 光化学反应, where the light provides the activation energy 活化能. For example:
Alcanos 烷烃 possuem apenas ligações covalentes simples, portanto são hidrocarbonetos saturados. Eles são geralmente pouco reativos. Suas duas reações importantes são:
Combustão 燃烧: queimam na presença de oxigênio em abundância para produzir dióxido de carbono e água.
Substituição com cloro.
Em uma reação de substituição 取代反应, um átomo (ou grupo de átomos) é substituído por outro. Os alcanos reagem com cloro apenas na luz ultravioleta 紫外线 — esta é uma reação fotoquímica 光化学反应, onde a luz fornece a energia de ativação 活化能. Por exemplo:
Passo a passo da combustão. Com muito oxigênio, um alcano queima limpiamente; corte o suprimento de oxigênio e você obterá monóxido de carbono tóxico e fuligem em vez disso.
1 State that the bonding in alkenes includes a double carbon–carbon covalent bond and that alkenes are unsaturated hydrocarbons
2 Describe the manufacture of alkenes and hydrogen by the cracking of larger alkane molecules using a high temperature and a catalyst
3 Describe the reasons for the cracking of larger alkane molecules
5 State that in an addition reaction only one product is formed
4 Describe the test to distinguish between saturated and unsaturated hydrocarbons by their reaction with aqueous bromine
6 Describe the properties of alkenes in terms of addition reactions with: (a) bromine or aqueous bromine (b) hydrogen in the presence of a nickel catalyst (c) steam in the presence of an acid catalyst and draw the structural or displayed formulae of the products
Português
Central
Suplementar
1 Afirme que a ligação nos alcenos inclui uma ligação dupla carbono-carbono covalente e que alcenos são hidrocarbonetos insaturados
2 Descreva a fabricação de alcenos e hidrogênio pela craqueamento de moléculas maiores de alcano usando alta temperatura e um catalisador
3 Descreva as razões para o craqueamento de moléculas maiores de alcano
5 Afirme que numa reação de adição apenas um produto é formado
4 Descreva o teste para distinguir entre hidrocarbonetos saturados e insaturados por sua reação com bromo aquoso
6 Descreva as propriedades dos alcenos em termos de reações de adição com: (a) bromo ou bromo aquoso (b) hidrogênio na presença de um catalisador de níquel (c) vapor d'água na presença de um catalisador ácido e desenhe as fórmulas estruturais ou desenvolvidas dos produtos
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Alkenes 烯烃 have a carbon–carbon double bond (C=C), so they are unsaturated hydrocarbons.
Cracking
Large alkane molecules are not very useful. Cracking 裂化 breaks them into smaller, more useful molecules — smaller alkanes and alkenes — using a high temperature and a catalyst 催化剂. Cracking also makes hydrogen 氢气 and provides alkenes for making plastics.
Worked example. Cracking one molecule of decane, $\text{C}_{10}\text{H}_{22}$, gives octane, $\text{C}_8\text{H}_{18}$, and one other product. Identify it, and say how you would tell the two products apart. Atoms are conserved, so subtract: carbon $10 - 8 = 2$, hydrogen $22 - 18 = 4$. The other product is $\text{C}_2\text{H}_4$, ethene - an alkene, because it fits $\text{C}_n\text{H}_{2n}$. To tell them apart, shake each with orange bromine water: ethene has a C=C, so it decolourises the bromine water, while octane is saturated and leaves it orange. Balance a cracking equation by counting atoms on each side; the alkene is whatever is left over.
Reactions of alkenes
The C=C double bond makes alkenes reactive. They take part in addition reactions 加成反应, where two molecules join to form a single product.
Test for unsaturation: shake the compound with bromine 溴 water (which is orange). An alkene turns the bromine water colourless; an alkane does not change it.
With hydrogen and a nickel 镍 catalyst, an alkene becomes an alkane.
With steam 蒸汽 and an acid catalyst, an alkene becomes an alcohol.
Português
Alcenos 烯烃 possuem uma ligação dupla carbono–carbono (C=C), portanto são hidrocarbonetos insaturados.
Craqueamento
Moléculas grandes de alcano não são muito úteis. O craqueamento 裂化 as quebra em moléculas menores e mais úteis — alcanos e alcenos menores — usando alta temperatura e um catalisador 催化剂. O craqueamento também produz hidrogênio 氢气 e fornece alcenos para a produção de plásticos.
Cracking quebra um alcano grande em um alcano menor mais um alceno (com uma C=C), usando calor e um catalisador
Exemplo resolvido. Cracking de uma molécula de decano, $\text{C}_{10}\text{H}_{22}$, dá octano, $\text{C}_8\text{H}_{18}$, e outro produto. Identifique-o e diga como você distinguiria os dois produtos. Os átomos são conservados, então subtraia: carbono $10 - 8 = 2$, hidrogênio $22 - 18 = 4$. O outro produto é $\text{C}_2\text{H}_4$, eteno - um alceno, porque se encaixa em $\text{C}_n\text{H}_{2n}$. Para distinguir, agite cada um com água de bromo laranja: o eteno tem C=C, então descolora a água de bromo, enquanto o octano é saturado e deixa a água laranja. Balanceie uma equação de cracking contando átomos em cada lado; o alceno é o que sobra.
Reações de alcenos
A ligação dupla C=C torna os alcenos reativos. Eles participam de reações de adição 加成反应, onde duas moléculas se unem para formar um único produto.
Teste para insaturação: agite o composto com bromo 溴 água (que é laranja). Um alceno torna a água de bromo incolor; um alcano não altera.
O teste da água de bromo: um alceno descolora a água de bromo laranja (sua C=C reage), enquanto um alcano a deixa laranja
Com hidrogênio e um catalisador de nickel 镍, um alceno torna-se um alcano.
Com vapor d'água 蒸汽 e um catalisador ácido, um alceno torna-se um álcool.
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Adição através da dupla ligação C=C
Passo a passo de uma reação de adição. A dupla ligação C=C é o local reativo de um alceno — moléculas adicionam-se diretamente sobre ela, o que também explica o teste da água bromada.
1 Describe the manufacture of ethanol by: (a) fermentation of aqueous glucose at 25–35 °C in the presence of yeast and in the absence of oxygen (b) catalytic addition of steam to ethene at 300 °C and 6000 kPa / 60 atm in the presence of an acid catalyst
4 Describe the advantages and disadvantages of the manufacture of ethanol by: (a) fermentation (b) catalytic addition of steam to ethene
2 Describe the combustion of ethanol
3 State the uses of ethanol as: (a) a solvent (b) a fuel
Português
Central
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1 Descreva a fabricação de etanol por: (a) fermentação de glicose aquosa a 25–35 °C na presença de levedura e na ausência de oxigênio (b) adição catalítica de vapor d'água ao eteno a 300 °C e 6000 kPa / 60 atm na presença de um catalisador ácido
4 Descreva as vantagens e desvantagens da fabricação de etanol por: (a) fermentação (b) adição catalítica de vapor d'água ao eteno
2 Descreva a combustão do etanol
3 Afirme os usos do etanol como: (a) um solvente (b) um combustível
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Alcohols 醇 contain the –OH functional group. The most important one is ethanol 乙醇. There are two ways to make ethanol.
Method
Conditions
Notes
fermentation 发酵 of glucose
yeast, 25–35 °C, no oxygen
uses renewable sugar, but slow and gives impure ethanol
addition of steam to ethene 乙烯
300 °C, 60 atm, acid catalyst
fast and pure, but uses petroleum (non-renewable)
In fermentation, yeast 酵母 turns glucose 葡萄糖 into ethanol and carbon dioxide.
Ethanol burns well (combustion), so it is used as a fuel. It also dissolves many substances, so it is used as a solvent 溶剂.
Português
Álcoois 醇 contêm o grupo funcional –OH. O mais importante é o etanol 乙醇. Existem duas formas de produzir etanol.
Duas rotas para o etanol: fermentação e hidratação do eteno
Método
Condições
Observações
fermentação 发酵 da glicose
levedura, 25–35 °C, sem oxigênio
usa açúcar renovável, mas é lenta e produz etanol impuro
adição de vapor ao eteno 乙烯
300 °C, 60 atm, catalisador ácido
rápido e puro, mas usa petróleo (não renovável)
Na fermentação, a levedura 酵母 transforma a glicose 葡萄糖 em etanol e dióxido de carbono.
O etanol queima bem (combustão), sendo usado como combustível. Também dissolve muitas substâncias, sendo usado como solvente 溶剂.
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Produção de etanol por fermentação
Passo a passo da fermentação. Levedura transforma açúcar em etanol sem ar — o mesmo álcool pode então ser oxidado para virar vinagre.
1 Describe the reaction of ethanoic acid with: (a) metals (b) bases (c) carbonates including names and formulae of the salts produced
2 Describe the formation of ethanoic acid by the oxidation of ethanol: (a) with acidified aqueous potassium manganate(VII) (b) by bacterial oxidation during vinegar production
3 Describe the reaction of a carboxylic acid with an alcohol using an acid catalyst to form an ester
Português
Central
Suplementar
1 Descreva a reação do ácido etanóico com: (a) metais (b) bases (c) carbonatos incluindo nomes e fórmulas dos sais produzidos
2 Descreva a formação do ácido etanóico pela oxidação do etanol: (a) com permanganato de potássio(VII) aquoso acidificado (b) por oxidação bacteriana durante a produção de vinagre
3 Descreva a reação de um ácido carboxílico com um álcool usando um catalisador ácido para formar um éster
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Carboxylic acids 羧酸 contain the –COOH functional group. Ethanoic acid 乙酸 is the one to know. Like other acids, it reacts with:
metals 金属 → a salt + hydrogen;
bases 碱 → a salt 盐 + water;
carbonates 碳酸盐 → a salt + water + carbon dioxide.
The salts formed are called ethanoates.
Ethanoic acid can be made by the oxidation 氧化 of ethanol, either using acidified potassium manganate(VII) 高锰酸钾, or by bacteria during the making of vinegar 醋.
When a carboxylic acid reacts with an alcohol (using an acid catalyst), it forms an ester 酯. For example, ethanol + ethanoic acid → ethyl ethanoate + water. The ester's functional group is $-\text{COO}-$, and you name it from its two parents: the alcohol gives the first part with an -yl ending (ethyl), the acid gives the second part with an -oate ending (ethanoate). Its displayed formula is $\text{CH}_3\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_3$.
Português
Ácidos carboxílicos 羧酸 contêm o grupo funcional –COOH. O ácido etanoico 乙酸 é o principal. Como outros ácidos, reage com:
Um ácido carboxílico e um álcool reagem para formar um éster e água
metais 金属 → um sal + hidrogênio;
bases 碱 → um sal 盐 + água;
carbonatos 碳酸盐 → um sal + água + dióxido de carbono.
Os sais formados são chamados etanoatos.
O ácido etanoico pode ser feito pela oxidação 氧化 do etanol, usando permanganato de potássio acidificado 高锰酸钾, ou por bactérias durante a produção de vinagre 醋.
Quando um ácido carboxílico reage com um álcool (usando catalisador ácido), forma um éster 酯. Por exemplo, etanol + ácido etanoico → etanoato de etila + água. O grupo funcional do éster é $-\text{COO}-$, e nomeia-se a partir dos seus dois precursores: o álcool dá a primeira parte com terminação -yl (ethyl), o ácido dá a segunda parte com terminação -oate (ethanoate). Sua fórmula desenvolvida é $\text{CH}_3\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_3$.
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pH de um ácido fraco
Ácidos carboxílicos são ácidos fracos — eles apenas parcialmente se ionizam, assim ficam logo abaixo do pH 7. Deslize a escala para ver onde se encaixam.
1 Define polymers as large molecules built up from many smaller molecules called monomers
6 Identify the repeat units and/or linkages in addition polymers and in condensation polymers
2 Describe the formation of poly(ethene) as an example of addition polymerisation using ethene monomers
7 Deduce the structure or repeat unit of an addition polymer from a given alkene and vice versa
8 Deduce the structure or repeat unit of a condensation polymer from given monomers and vice versa, limited to: (a) polyamides from a dicarboxylic acid and a diamine (b) polyesters from a dicarboxylic acid and a diol
9 Describe the differences between addition and condensation polymerisation
10 Describe and draw the structure of: (a) nylon, a polyamide [image] (b) PET, a polyester [image] The full name for PET, polyethylene terephthalate, is not required
3 State that plastics are made from polymers
4 Describe how the properties of plastics have implications for their disposal
11 State that PET can be converted back into monomers and re-polymerised
5 Describe the environmental challenges caused by plastics, limited to: (a) disposal in landfill sites (b) accumulation in oceans (c) formation of toxic gases from burning
12 Describe proteins as natural polyamides and that they are formed from amino acid monomers with the general structure: [image] where R represents different types of side-chain
13 Describe and draw the structure of proteins as: [image]
Português
Central
Suplementar
1 Defina polímeros como grandes moléculas construídas a partir de muitas moléculas menores chamadas monômeros
6 Identifique as unidades repetitivas e/ou ligações em polímeros de adição e em polímeros de condensação
2 Descreva a formação do poli(eteno) como exemplo de polimerização por adição usando monômeros de eteno
7 Deduza a estrutura ou unidade repetitiva de um polímero de adição a partir de um alceno dado e vice-versa
8 Deduza a estrutura ou unidade repetitiva de um polímero de condensação a partir de monômeros dados e vice-versa, limitado a: (a) poliamidas a partir de um ácido dicarboxílico e uma diamina (b) poliésteres a partir de um ácido dicarboxílico e um diol
9 Descreva as diferenças entre polimerização por adição e polimerização por condensação
10 Descreva e desenhe a estrutura de: (a) nylon, uma poliamida [image] (b) PET, um poliéster [image] O nome completo do PET, poli(tereftalato de etileno), não é necessário
3 Afirme que plásticos são feitos de polímeros
4 Descreva como as propriedades dos plásticos têm implicações para sua disposição
11 Afirme que o PET pode ser convertido novamente em monômeros e repolimerizado
5 Descreva os desafios ambientais causados pelos plásticos, limitado a: (a) disposição em aterros sanitários (b) acúmulo nos oceanos (c) formação de gases tóxicos pela queima
12 Descreva proteínas como poliamidas naturais e que são formadas por monômeros de aminoácidos com a estrutura geral: [image] onde R representa diferentes tipos de cadeia lateral
13 Descreva e desenhe a estrutura de proteínas como: [image]
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
A polymer 聚合物 is a very large molecule built from many small molecules called monomers 单体.
Addition polymerisation
In addition polymerisation 加聚, many unsaturated monomers join together with no other product. For example, many ethene monomers join to make poly(ethene). The small part that repeats along the chain is the repeat unit 重复单元.
Condensation polymerisation
In condensation polymerisation 缩聚, monomers join and a small molecule (usually water) is lost each time a bond forms. This makes two important types:
Polyamides 聚酰胺 are made from a dicarboxylic acid and a diamine. Nylon 尼龙 is a polyamide.
Polyesters 聚酯 are made from a dicarboxylic acid and a diol. PET is a polyester, and it can be broken back into its monomers and re-made.
The new bond joining the monomers is the linkage: an amide linkage 酰胺键 (written $-\text{CO-NH}-$) in a polyamide such as nylon, and an ester linkage 酯键 (written $-\text{CO-O}-$) in a polyester such as PET. A repeat unit is drawn in brackets, e.g. nylon as $-[\text{CO-}(\text{CH}_2)_4\text{-CO-NH-}(\text{CH}_2)_6\text{-NH}]-$; in an exam you may be asked to circle the linkage in a drawn repeat unit.
Plastics and the environment
Plastics 塑料 are made from polymers. Because many plastics do not break down, getting rid of them is a problem:
they build up in landfill 填埋 sites;
they collect in the oceans and harm sea life;
burning them can make toxic gases.
Proteins
Proteins 蛋白质 are natural polyamides. They are made from amino acid 氨基酸 monomers joined in long chains.
Português
Um polímero 聚合物 é uma molécula muito grande construída a partir de muitas moléculas pequenas chamadas monômeros 单体.
Polimerização por adição
Na polimerização por adição 加聚, muitos monômeros insaturados se unem sem nenhum outro produto. Por exemplo, muitos monômeros de eteno se unem para formar polietileno. A pequena parte que se repete ao longo da cadeia é a unidade repetitiva 重复单元.
Na polimerização por adição, as ligações C=C abrem-se e muitos monômeros de eteno se unem a uma longa cadeia de polietileno
Polimerização por condensação
Na polimerização por condensação 缩聚, monômeros se unem e uma pequena molécula (geralmente água) é perdida toda vez que uma ligação se forma. Isso gera dois tipos importantes:
Poliamidas 聚酰胺 são feitas de um ácido dicarboxílico e uma diamina. Nylon 尼龙 é uma poliamida.
Poliésteres 聚酯 são feitos de um ácido dicarboxílico e um diol. PET é um poliéster, e pode ser decomposto em seus monômeros e reformado.
A nova ligação que une os monômeros é a ligação: uma ligação amida 酰胺键 (escrita $-\text{CO-NH}-$) em uma poliamida como nylon, e uma ligação éster 酯键 (escrita $-\text{CO-O}-$) em um poliéster como PET. Uma unidade repetitiva é desenhada entre colchetes, ex.: nylon como $-[\text{CO-}(\text{CH}_2)_4\text{-CO-NH-}(\text{CH}_2)_6\text{-NH}]-$; em um exame, pode-se pedir para circundar a ligação em uma unidade repetitiva desenhada.
Plásticos e o meio ambiente
Plásticos 塑料 são feitos de polímeros. Como muitos plásticos não se degradam, eliminá-los é um problema:
acumulam-se em aterros sanitários 填埋;
acumulam-se nos oceanos e prejudicam a vida marinha;
queimá-los pode gerar gases tóxicos.
A maioria dos plásticos é não biodegradável, então resíduos plásticos se acumulam em praias e oceanos por centenas de anos
Proteínas
Proteínas 蛋白质 são poliamidas naturais. São feitas de monômeros de aminoácidos 氨基酸 unidos em longas cadeias.
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Fabricando um polímero
Pequenos monômeros unem-se em uma longa cadeia — a base de todos os plásticos.
Learn each homologous series by its functional group and general formula: alkanes $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$, alkenes $\text{C}_n\text{H}_{2n}$, alcohols $-\text{OH}$, carboxylic acids $-\text{COOH}$.
The bromine water test for unsaturation: an alkene (with its C=C) turns orange bromine water colourless; an alkane leaves it orange.
Cracking breaks large, less useful alkanes into smaller alkanes and alkenes, using heat and a catalyst.
Two routes to ethanol: fermentation of glucose (renewable but slow and impure) and adding steam to ethene (fast and pure, but from petroleum).
Addition polymerisation joins unsaturated monomers with no other product; condensation polymerisation joins monomers and loses a small molecule (usually water) each time.
Português
Aprenda cada série homóloga pelo seu grupo funcional e fórmula geral: alcanos $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}$, alcenos $\text{C}_n\text{H}_{2n}$, álcoois $-\text{OH}$, ácidos carboxílicos $-\text{COOH}$.
O teste da água de bromo para insaturação: um alceno (com sua C=C) torna a água de bromo laranja incolor; um alcano a deixa laranja.
Cracking quebra alcanos grandes e menos úteis em alcanos menores e alcenos, usando calor e catalisador.
Duas rotas para o etanol: fermentação da glicose (renovável mas lento e impuro) e adição de vapor ao eteno (rápido e puro, mas de petróleo).
Adição polimerização une monômeros insaturados sem nenhum outro produto; condensação polimerização une monômeros e perde uma pequena molécula (geralmente água) toda vez.
1 Name appropriate apparatus for the measurement of time, temperature, mass and volume, including: (a) stop-watches (b) thermometers (c) balances (d) burettes (e) volumetric pipettes (f) measuring cylinders (g) gas syringes
2 Suggest advantages and disadvantages of experimental methods and apparatus
3 Describe a: (a) solvent as a substance that dissolves a solute (b) solute as a substance that is dissolved in a solvent (c) solution as a mixture of one or more solutes dissolved in a solvent (d) saturated solution as a solution containing the maximum concentration of a solute dissolved in the solvent at a specified temperature (e) residue as a substance that remains after evaporation, distillation, filtration or any similar process (f) filtrate as a liquid or solution that has passed through a filter
Português
Central
Suplementar
1 Nomeie aparelhos apropriados para a medição de tempo, temperatura, massa e volume, incluindo: (a) cronômetros (b) termômetros (c) balanças (d) buretas (e) pipetas volumétricas (f) cilindros graduados (g) seringas gasosas
2 Sugira vantagens e desvantagens de métodos experimentais e aparelhos
3 Descreva: (a) solvente como uma substância que dissolve um soluto (b) soluto como uma substância que é dissolvida em um solvente (c) solução como uma mistura de um ou mais solutos dissolvidos em um solvente (d) solução saturada como uma solução contendo a concentração máxima de um soluto dissolvido no solvente a uma temperatura especificada (e) resíduo como uma substância que permanece após evaporação, destilação, filtração ou qualquer processo semelhante (f) filtrado como um líquido ou solução que passou por um filtro
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Apparatus
You should know which piece of apparatus to use for each measurement:
Measurement
Apparatus
time
stop-watch 秒表
temperature
thermometer 温度计
mass
balance 天平
volume (accurate)
burette 滴定管 or volumetric pipette 移液管
volume (rough)
measuring cylinder 量筒
volume of a gas
gas syringe 注射器
Key words
These words are used throughout practical chemistry:
A solvent 溶剂 is a substance that dissolves a solute.
A solute 溶质 is the substance that dissolves in the solvent.
A solution 溶液 is a mixture of one or more solutes dissolved in a solvent.
A saturated solution 饱和溶液 holds the maximum amount of solute that will dissolve at a given temperature.
A residue 残渣 is the substance left behind after evaporation, distillation or filtration.
A filtrate 滤液 is the liquid that has passed through a filter.
Português
Aparelhagem
Você deve saber qual peça de aparelhagem usar para cada medição:
Medição
Aparelhagem
tempo
cronômetro 秒表
temperatura
termômetro 温度计
massa
balança 天平
volume (preciso)
bureta 滴定管 ou pipeta volumétrica 移液管
volume (aproximado)
cilindro graduado 量筒
volume de um gás
seringa de gás 注射器
Palavras-chave
Essas palavras são usadas em toda química prática:
Um solvente 溶剂 é uma substância que dissolve um soluto.
Um soluto 溶质 é a substância que se dissolve no solvente.
Uma solução 溶液 é uma mistura de um ou mais solutos dissolvidos em um solvente.
Uma solução saturada 饱和溶液 contém a quantidade máxima de soluto que pode se dissolver a uma temperatura dada.
Um resíduo 残渣 é a substância deixada após evaporação, destilação ou filtração.
Um filtrado 滤液 é o líquido que passou por um filtro.
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Roteiro de desenho experimental
Siga um teste justo da pergunta até uma conclusão confiável.
1 Describe an acid–base titration to include the use of a: (a) burette (b) volumetric pipette (c) suitable indicator
2 Describe how to identify the end-point of a titration using an indicator
Português
Central
Suplementar
1 Descreva uma titulação ácido-base, incluindo o uso de: (a) bureta (b) pipeta volumétrica (c) indicador adequado
2 Descreva como identificar o ponto final de uma titulação usando um indicador
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Titration curve and equivalence point
A titration 滴定 finds the exact volume of one solution that reacts with another.
Use a volumetric pipette to measure a fixed volume of one solution into a flask.
Add a few drops of a suitable indicator 指示剂.
Add the other solution from a burette, slowly, until the colour just changes.
The end-point 终点 is the moment the indicator changes colour, which shows the reaction is exactly complete. You read the burette to find the volume added.
Português
Curva de titulação e ponto de equivalência
Uma titulação 滴定 encontra o volume exato de uma solução que reage com outra.
Use uma pipeta volumétrica para medir um volume fixo de uma solução em um balão.
Adicione algumas gotas de um indicador 指示ário adequado.
Adicione a outra solução de uma bureta, lentamente, até a cor mudar levemente.
O ponto final 终点 é o momento em que o indicador muda de cor, indicando que a reação está exatamente completa. Você lê a bureta para encontrar o volume adicionado.
A solução escoa da bureta para o balão até o indicador mudar de cor levemente (o ponto final)Uma titulação real: solução da bureta é adicionada ao balão, onde o indicador ficou laranja
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Titulações ácido-base
pH salta no ponto de equivalência
Acompanhe o pH enquanto a base é adicionada — ele salta pelo neutro no ponto de equivalência.
1 Describe how paper chromatography is used to separate mixtures of soluble coloured substances, using a suitable solvent
3 Describe how paper chromatography is used to separate mixtures of soluble colourless substances, using a suitable solvent and a locating agent Knowledge of specific locating agents is not required
2 Interpret simple chromatograms to identify: (a) unknown substances by comparison with known substances (b) pure and impure substances
4 State and use the equation for $R_{\text{f}}$:
$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance travelled by substance}}{\text{distance travelled by solvent}}$$
Português
Central
Suplementar
1 Descreva como a cromatografia em papel é usada para separar misturas de substâncias coloridas solúveis, usando um solvente adequado
3 Descreva como a cromatografia em papel é usada para separar misturas de substâncias incoloras solúveis, usando um solvente adequado e um agente de visualização Conhecimento de agentes de visualização específicos não é necessário
2 Interprete cromatogramas simples para identificar: (a) substâncias desconhecidas por comparação com substâncias conhecidas (b) substâncias puras e impuras
4 Enuncie e use a equação para $R_{\text{f}}$:
$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance travelled by substance}}{\text{distance travelled by solvent}}$$
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Paper chromatography 纸色谱法 separates a mixture of soluble substances. You put a spot of the mixture near the bottom of the paper, then stand the paper in a solvent. As the solvent rises up the paper, the substances move different distances, so they separate.
For coloured substances you can see the spots directly.
For colourless substances you must spray a locating agent 显色剂 to make the spots show up.
The finished paper is a chromatogram 色谱图. You can use it to:
identify an unknown substance by comparing it with known substances;
tell if a substance is pure (a pure substance gives only one spot).
You can also calculate the $R_{\text{f}}$ value of a spot:
$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance moved by the substance}}{\text{distance moved by the solvent}}$$
Worked example. On a chromatogram the solvent front has risen 8.0 cm from the baseline, and a spot has moved 6.0 cm. Find its $R_{\text{f}}$ value.
$$R_{\text{f}} = \frac{6.0}{8.0} = 0.75$$
Both distances are measured from the baseline (the pencil line), and the spot's distance is taken to the centre of the spot. An $R_{\text{f}}$ has no unit, and it is always less than 1, because a spot can never travel further than the solvent carrying it - an answer above 1 means the two distances have been divided the wrong way round.
Português
Cromatografia em papel 纸色谱法 separa uma mistura de substâncias solúveis. Você coloca uma mancha da mistura perto da base do papel, depois mergulha o papel em um solvente. À medida que o solvente sobe, as substâncias percorrem distâncias diferentes, separando-se.
À medida que o solvente sobe, as substâncias percorrem distâncias diferentes e se separam; $R_f$ é a distância da mancha ($a$) dividida pela distância do solvente ($b$)Em cromatogramas reais, cada substância da mistura sobe uma distância diferente, deixando uma mancha colorida separada
Para substâncias coloridas, você vê as manchas diretamente.
Para substâncias incolores, você deve pulverizar um agente de localização 显色剂 para tornar as manchas visíveis.
O papel acabado é um cromatograma 色谱图. Você pode usá-lo para:
identificar uma substância desconhecida comparando-a com substâncias conhecidas;
dizer se uma substância é pura (uma substância pura dá apenas uma mancha).
Você também pode calcular o valor $R_{\text{f}}$ de uma mancha:
$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance moved by the substance}}{\text{distance moved by the solvent}}$$
Exemplo resolvido. Em um cromatograma, a frente do solvente subiu 8.0 cm em relação à linha de base, e uma mancha se deslocou 6.0 cm. Determine seu valor de $R_{\text{f}}$.
$$R_{\text{f}} = \frac{6.0}{8.0} = 0.75$$
Ambas as distâncias são medidas a partir da linha de base (a linha de lápis), e a distância da mancha é tomada até o centro da mancha. Um valor $R_{\text{f}}$ não tem unidade, e é sempre menor que 1, porque uma mancha nunca pode viajar mais longe que o solvente que a transporta - uma resposta acima de 1 significa que as duas distâncias foram divididas na ordem errada.
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Rota de cromatografia
Observe uma mistura separar-se conforme a frente do solvente se move.
Separation and purification · Separação e purificação
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Describe and explain methods of separation and purification using: (a) a suitable solvent (b) filtration (c) crystallisation (d) simple distillation (e) fractional distillation
2 Suggest suitable separation and purification techniques, given information about the substances involved
3 Identify substances and assess their purity using melting point and boiling point information
Português
Central
Suplementar
1 Descreva e explique métodos de separação e purificação usando: (a) um solvente adequado (b) filtração (c) cristalização (d) destilação simples (e) destilação fracionada
2 Sugira técnicas adequadas de separação e purificação, dadas informações sobre as substâncias envolvidas
3 Identifique substâncias e avalie sua pureza usando informações de ponto de fusão e ponto de ebulição
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
You choose a method based on the mixture:
Method
Used to separate
dissolving in a suitable solvent, then filtration 过滤
an insoluble solid from a liquid
crystallisation 结晶
a soluble solid from its solution
simple distillation 蒸馏
a solvent (the liquid) from a solution
fractional distillation 分馏
two or more liquids with different boiling points
You can check the purity of a substance using its melting point 熔点 and boiling point 沸点: a pure substance melts and boils at sharp, fixed temperatures, while impurities lower the melting point and raise the boiling point.
Português
Escolha um método com base na mistura:
Método
Usado para separar
dissolução em solvente adequado, seguido de filtração 过滤
sólido insolúvel em líquido
cristalização 结晶
sólido solúvel em sua solução
destilação simples 蒸馏
solvente (o líquido) de uma solução
destilação fracionada 分馏
dois ou mais líquidos com pontos de ebulição diferentes
Filtração: o sólido insolúvel fica no papel filtro (resíduo) e o líquido passa através dele (filtrado)Destilação simples: o solvente evapora, o condensador o resfria novamente para líquido e o destilado puro é coletadoA destilação fracionada adiciona uma coluna de fracionamento, permitindo que líquidos com pontos de ebulição diferentes se separem limpinho
Você pode verificar a pureza de uma substância usando seu ponto de fusão 熔点 e ponto de ebulição 沸点: uma substância pura funde e ebule em temperaturas fixas e precisas, enquanto impurezas diminuem o ponto de fusão e aumentam o ponto de ebulição.
Identifying ions and gases · Identificação de íons e gases
Syllabus · Programa
English
Core
Supplement
1 Describe tests to identify the anions: (a) carbonate, $\text{CO}_3^{2-}$, by reaction with dilute acid and then testing for carbon dioxide gas (b) chloride, $\text{Cl}^-$, bromide, $\text{Br}^-$, and iodide, $\text{I}^-$, by acidifying with dilute nitric acid then adding aqueous silver nitrate (c) nitrate, $\text{NO}_3^-$, reduction with aluminium foil and aqueous sodium hydroxide and then testing for ammonia gas (d) sulfate, $\text{SO}_4^{2-}$, by acidifying with dilute nitric acid and then adding aqueous barium nitrate (e) sulfite, $\text{SO}_3^{2-}$, by reaction with acidified aqueous potassium manganate(VII)
2 Describe tests using aqueous sodium hydroxide and aqueous ammonia to identify the aqueous cations: (a) aluminium, $Al^{3+}$ (b) ammonium, $NH_4^+$ (c) calcium, $Ca^{2+}$ (d) chromium(III), $Cr^{3+}$ (e) copper(II), $Cu^{2+}$ (f) iron(II), $Fe^{2+}$ (g) iron(III), $Fe^{3+}$ (h) zinc, $Zn^{2+}$
3 Describe tests to identify the gases: (a) ammonia, $NH_3$, using damp red litmus paper (b) carbon dioxide, $CO_2$, using limewater (c) chlorine, $Cl_2$, using damp litmus paper (d) hydrogen, $H_2$, using a lighted splint (e) oxygen, $O_2$, using a glowing splint (f) sulfur dioxide, $SO_2$, using acidified aqueous potassium manganate(VII)
4 Describe the use of a flame test to identify the cations: (a) lithium, $Li^+$ (b) sodium, $Na^+$ (c) potassium, $K^+$ (d) calcium, $Ca^{2+}$ (e) barium, $Ba^{2+}$ (f) copper(II), $Cu^{2+}$
Português
Central
Suplementar
1 Descreva testes para identificar os ânions: (a) carbonato, $\text{CO}_3^{2-}$, por reação com ácido diluído e posterior teste para gás dióxido de carbono (b) cloreto, $\text{Cl}^-$, brometo, $\text{Br}^-$, e iodeto, $\text{I}^-$, acidificando com ácido nítrico diluído e adicionando nitrata de prata aquoso (c) nitrato, $\text{NO}_3^-$, redução com folha de alumínio e hidróxido de sódio aquoso e posterior teste para gás amônia (d) sulfato, $\text{SO}_4^{2-}$, acidificando com ácido nítrico diluído e adicionando nitrato de bário aquoso (e) sulfito, $\text{SO}_3^{2-}$, por reação com permanganato de potássio(VII) aquoso acidificado
2 Descreva testes usando hidróxido de sódio aquoso e amônia aquosa para identificar os cátions aquosos: (a) alumínio, $Al^{3+}$ (b) amônio, $NH_4^+$ (c) cálcio, $Ca^{2+}$ (d) cromo(III), $Cr^{3+}$ (e) cobre(II), $Cu^{2+}$ (f) ferro(II), $Fe^{2+}$ (g) ferro(III), $Fe^{3+}$ (h) zinco, $Zn^{2+}$
3 Descreva testes para identificar os gases: (a) amônia, $NH_3$, usando papel tornassol vermelho úmido (b) dióxido de carbono, $CO_2$, usando água de cal (c) cloro, $Cl_2$, usando papel tornassol úmido (d) hidrogênio, $H_2$, usando uma vela acesa (e) oxigênio, $O_2$, usando uma vela incandescente (f) dióxido de enxofre, $SO_2$, usando permanganato de potássio(VII) aquoso acidificado
4 Descreva o uso de teste de chama para identificar os cátions: (a) lítio, $Li^+$ (b) sódio, $Na^+$ (c) potássio, $K^+$ (d) cálcio, $Ca^{2+}$ (e) bário, $Ba^{2+}$ (f) cobre(II), $Cu^{2+}$
Source: Cambridge International syllabus · Fonte: Programa Cambridge International
English
Tests for anions
An anion 阴离子 is a negative ion.
Anion
Test
Result
carbonate 碳酸盐 ($\text{CO}_3^{2-}$)
add dilute acid
fizzes; the gas turns limewater milky (carbon dioxide 二氧化碳)
chloride 氯化物 ($\text{Cl}^-$)
add dilute nitric acid 硝酸, then silver nitrate 硝酸银
white precipitate
bromide 溴化物 ($\text{Br}^-$)
add dilute nitric acid, then silver nitrate
cream precipitate
iodide 碘化物 ($\text{I}^-$)
add dilute nitric acid, then silver nitrate
yellow precipitate
nitrate 硝酸盐 ($\text{NO}_3^-$)
add aluminium 铝 foil and sodium hydroxide 氢氧化钠, warm
ammonia 氨气 gas given off
sulfate 硫酸盐 ($\text{SO}_4^{2-}$)
add dilute nitric acid, then barium nitrate 硝酸钡
white precipitate
sulfite 亚硫酸盐 ($\text{SO}_3^{2-}$)
add acidified potassium manganate(VII) 高锰酸钾
purple colour fades
Tests for cations
A cation 阳离子 is a positive ion. Add aqueous sodium hydroxide, or aqueous ammonia, and look at the precipitate 沉淀 formed.
Cation
With sodium hydroxide
With aqueous ammonia
aluminium ($\text{Al}^{3+}$)
white, dissolves in excess
white, stays
ammonium 铵 ($\text{NH}_4^+$)
ammonia gas when warmed
—
calcium 钙 ($\text{Ca}^{2+}$)
white, stays
no precipitate
chromium(III) 铬 ($\text{Cr}^{3+}$)
green, dissolves in excess
green, stays
copper(II) 铜 ($\text{Cu}^{2+}$)
light blue, stays
light blue, dissolves to deep blue
iron(II) 铁 ($\text{Fe}^{2+}$)
green, stays
green, stays
iron(III) ($\text{Fe}^{3+}$)
red-brown, stays
red-brown, stays
zinc 锌 ($\text{Zn}^{2+}$)
white, dissolves in excess
white, dissolves in excess
Tests for gases
Gas
Test
Result
ammonia ($\text{NH}_3$)
damp red litmus 石蕊 paper
turns blue
carbon dioxide ($\text{CO}_2$)
bubble through limewater 石灰水
turns milky
chlorine 氯气 ($\text{Cl}_2$)
damp litmus paper
bleached white
hydrogen 氢气 ($\text{H}_2$)
a lighted splint
burns with a squeaky pop
oxygen 氧气 ($\text{O}_2$)
a glowing splint
relights
sulfur dioxide ($\text{SO}_2$)
acidified potassium manganate(VII)
purple colour fades
Flame tests
A flame test 焰色试验 identifies some metal cations by the colour they give to a flame:
Cation
Flame colour
lithium 锂 ($\text{Li}^+$)
red
sodium 钠 ($\text{Na}^+$)
yellow
potassium 钾 ($\text{K}^+$)
lilac (purple)
calcium ($\text{Ca}^{2+}$)
orange-red
barium 钡 ($\text{Ba}^{2+}$)
light green
copper(II) ($\text{Cu}^{2+}$)
blue-green
Português
Testes para ânions
Um ânion 阴离子 é um íon negativo.
Ânion
Teste
Resultado
carbonato 碳酸盐 ($\text{CO}_3^{2-}$)
adicione ácido diluído
efervesce; o gás torna a água de cal turva (dióxido de carbono 二氧化碳)
cloreto 氯化物 ($\text{Cl}^-$)
adicione ácido nítrico 硝酸 diluído, depois nitrato de prata 硝酸银
precipitado branco
brometo 溴化物 ($\text{Br}^-$)
adicione ácido nítrico diluído, depois nitrato de prata
precipitado creme
iodeto 碘化物 ($\text{I}^-$)
adicione ácido nítrico diluído, depois nitrato de prata
precipitado amarelo
nitrato 硝酸盐 ($\text{NO}_3^-$)
adicione folha de alumínio 铝 e hidróxido de sódio 氢氧化钠, aqueça
amônia 氨气 liberada como gás
sulfato 硫酸盐 ($\text{SO}_4^{2-}$)
adicione ácido nítrico diluído, depois nitrato de bário 硝酸钡
precipitado branco
sulfita 亚硫酸盐 ($\text{SO}_3^{2-}$)
adicione permanganato de potássio acidificado 高锰酸钾
cor roxa desaparece
Testes para cátions
Um cátion 阳离子 é um íon positivo. Adicione hidróxido de sódio aquoso ou amônia aquosa e observe o precipitado 沉淀 formado.
Adicionar hidróxido de sódio forma um precipitado colorido para alguns íons metálicos
Cátion
Com hidróxido de sódio
Com amônia aquosa
alumínio ($\text{Al}^{3+}$)
branco, dissolve em excesso
branco, permanece
amônio 铵 ($\text{NH}_4^+$)
gás amônia ao aquecer
—
** cálcio** 钙 ($\text{Ca}^{2+}$)
branco, permanece
sem precipitado
cromo(III) 铬 ($\text{Cr}^{3+}$)
verde, dissolve em excesso
verde, permanece
cobre(II) 铜 ($\text{Cu}^{2+}$)
azul claro, permanece
azul claro, dissolve para azul escuro
ferro(II) 铁 ($\text{Fe}^{2+}$)
verde, permanece
verde, permanece
ferro(III) ($\text{Fe}^{3+}$)
vermelho-acastanhado, permanece
vermelho-acastanhado, permanece
zinco 锌 ($\text{Zn}^{2+}$)
branco, dissolve em excesso
branco, dissolve em excesso
Testes para gases
Gás
Teste
Resultado
amônia ($\text{NH}_3$)
papel de litmus 石蕊 úmido vermelho
torna-se azul
dióxido de carbono ($\text{CO}_2$)
passe bolhas em água de cal 石灰水
torna-se turvo
cloro 氯气 ($\text{Cl}_2$)
papel litmus úmido
branqueia
hidrogênio 氢气 ($\text{H}_2$)
palito aceso
queima com um estalo agudo
oxigênio 氧气 ($\text{O}_2$)
palito incandescente
reaviva
dióxido de enxofre ($\text{SO}_2$)
permanganato de potássio acidificado
cor roxa desaparece
Testando gases: hidrogênio estala, oxigênio reaviva uma vela incandescente
Testes de chama
Um teste de chama 焰色试验 identifica alguns cátions metálicos pela cor que eles conferem à chama:
Teste de chama: o íon metálico confere cor à chama
Cátion
Cor da chama
lítio 锂 ($\text{Li}^+$)
vermelho
sódio 钠 ($\text{Na}^+$)
amarelo
potássio 钾 ($\text{K}^+$)
lilás (roxo)
cálcio ($\text{Ca}^{2+}$)
laranja-avermelhado
bário 钡 ($\text{Ba}^{2+}$)
verde claro
cobre(II) ($\text{Cu}^{2+}$)
azul-esverdeado
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Laboratório de teste de íon e gás
Combine observações de teste ao íon ou gás presente.
Pick apparatus by the measurement: a burette or pipette for accurate volumes, a measuring cylinder for a rough volume, a gas syringe for a gas volume, a balance for mass.
$R_f = \dfrac{\text{distance moved by the substance}}{\text{distance moved by the solvent}}$, so it is always less than 1. A pure substance gives a single spot.
Learn the anion tests: a carbonate fizzes and the gas turns limewater milky; halides with silver nitrate give a chloride white, bromide cream, iodide yellow precipitate; a sulfate gives a white precipitate with barium nitrate.
Learn the gas tests: hydrogen gives a squeaky pop, oxygen relights a glowing splint, carbon dioxide turns limewater milky, chlorine bleaches damp litmus, ammonia turns damp red litmus blue.
For cations, add sodium hydroxide and read the precipitate colour: copper(II) light blue, iron(II) green, iron(III) red-brown.
Português
Escolha o equipamento pela medida: uma bureta ou pipeta para volumes precisos, um cilindro graduado para volume aproximado, uma seringa gasosa para volume de gás, uma balança para massa.
$R_f = \dfrac{\text{distance moved by the substance}}{\text{distance moved by the solvent}}$, portanto é sempre menor que 1. Uma substância pura dá uma única mancha.
Aprenda os testes de ânions: um carbonato efervesce e o gás torna a água de cal turva; haletos com nitrato de prata formam precipitados brancos (cloreto), cremes (brometo), amarelos (iodeto); um sulfato forma precipitado branco com nitrato de bário.
Aprenda os testes de gases: hidrogênio produz estalo agudo, oxigênio reaviva palito incandescente, dióxido de carbono torna a água de cal turva, cloro branqueia litmus úmido, amônia torna litmo vermelho úmido azul.
Para cátions, adicione hidróxido de sódio e leia a cor do precipitado: cobre(II) azul claro, ferro(II) verde, ferro(III) vermelho-acastanhado.
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