Conceitos Fundamentais de Matéria e Energia

A matéria é qualquer coisa que ocupa um lugar no espaço, possui poder e está sujeita a mudanças mensuráveis ao longo do tempo e interações com dispositivos de medição. Em física e filosofia, a matéria é o termo para os componentes da realidade material objetiva, definida, que pode ser percebida da mesma forma por diferentes sujeitos. Considera-se que é uma parte sensível dos objetos visíveis ou detectáveis por meios físicos. Matéria é tudo o que ocupa um lugar no espaço, que se pode tocar, sentir, medir, e assim por diante.

O termo também é usado para o assunto que constitui uma obra literária, científica, política, etc. Esta distinção dá origem à oposição "matéria-forma", visto que o mesmo conteúdo ou tema material pode ser tratado, exposto, abordado, e assim por diante, de várias maneiras: o estilo, o foco da expressão, ou o ponto de vista. Ele também é usado para falar sobre um assunto ou disciplina no ensino.

Átomo

Em química e física, o átomo (do latim atomum, e este último do grego ἄτομον, que significa 'sem partes', ou seja, 'indivisível')^[1] é a menor unidade de um elemento químico que mantém a sua identidade ou as suas propriedades, e não pode ser dividido por processos químicos.

Seu núcleo denso, que representa 99,9% da massa do átomo, é composto por bárions chamados prótons e nêutrons, rodeado por uma nuvem de elétrons, que, em átomos neutros, estão em número igual ao de prótons.

O conceito de átomos como blocos de construção indivisíveis que compõem a matéria no universo foi postulado pela escola atomista na Grécia Antiga. No entanto, sua existência não foi comprovada até o século XIX. Com o desenvolvimento da física nuclear no século XX, descobriu-se que o átomo pode ser dividido em partículas menores.

Molécula

Em química, chama-se molécula a partícula neutra e estável formada por pelo menos dois átomos ligados covalentemente.^[1][2]

Quase toda a química orgânica e grande parte da química inorgânica preocupam-se com a síntese e reatividade de moléculas e compostos moleculares. A físico-química e, especialmente, a química quântica estudam também quantitativamente as propriedades e a reatividade de moléculas. A bioquímica está intimamente relacionada com a biologia molecular, já que ambas estudam os organismos vivos no nível molecular. O estudo das interações específicas entre moléculas, incluindo o reconhecimento molecular, é o campo de estudo da química supramolecular. Estas forças explicam as propriedades físicas, como solubilidade ou ponto de ebulição de um composto molecular.

As moléculas raramente são encontradas sem interação entre si, exceto em gases rarefeitos. Isto pode ser encontrado na estrutura de cristal, como é o caso das moléculas de H₂O no gelo, ou interações fortes, mas com rápida mudança de direcionalidade, como em água líquida. Em ordem de intensidade crescente, as forças intermoleculares mais importantes são as forças de Van der Waals e as pontes de hidrogênio. A dinâmica molecular é um método de simulação de computador que usa essas forças para tentar explicar as propriedades das moléculas.

Íon

Um íon (do grego ἰών [ion], particípio presente do verbo ienai, 'ir')^[1] é uma partícula eletricamente carregada formada por um átomo ou molécula que não é eletricamente neutro. Conceitualmente, isso pode ser entendido como um átomo ou partícula que, a partir de um estado neutro, ganhou ou perdeu elétrons. Esse fenômeno é conhecido como ionização.

Íons carregados negativamente, produzidos por terem mais elétrons do que prótons, são conhecidos como ânions (que são atraídos para o ânodo) e os de carga positiva, devido a uma perda de elétrons, são chamados de cátions (que são atraídos para o cátodo).

Ânion

Um ânion é um íon com carga elétrica negativa, ou seja, que ganhou elétrons.^[1] Os ânions são descritos em um estado de oxidação negativo.

Cátion

Um cátion é um íon (ou átomo ou molécula) com carga elétrica positiva, ou seja, perdeu elétrons. Cátions são descritos em um estado de oxidação positivo.

Os sais são normalmente formados por cátions e ânions (embora a ligação nunca seja puramente iônica, há sempre uma contribuição covalente).

Cátions também estão presentes no organismo em elementos como sódio (Na), potássio (K) e muitos outros.

Substância

No campo da química, uma substância é qualquer porção de matéria que compartilha certas propriedades intensivas.

O termo também é usado para se referir ao tipo de matéria da qual os corpos são formados.

As substâncias que podem ser observadas são classificadas como substâncias puras e misturas.

Substância Pura

Chama-se substância pura aquela que não pode ser decomposta em outras por processos físicos (tais como aquecimento ou campo magnético). É possível que a substância pura se decomponha através de processos químicos. Se for possível, diz-se que a substância é composta; caso contrário, diz-se que é uma substância simples (elemento).

Mistura

Chama-se mistura o resultado da combinação de várias substâncias puras, sendo possível separá-las por meios físicos (destilação, evaporação, suspensão e filtração) e mecânicos (decantação e magnetização).

Mistura Homogênea

Diz-se mistura homogênea aquela em que as propriedades intensivas são as mesmas em toda a mistura (por exemplo, sal dissolvido em água). Esta propriedade intensiva não é dependente da quantidade de material considerado (por exemplo: densidade, sabor, viscosidade, calor específico).

Há um método que se baseia no efeito Tyndall, que pode facilmente determinar se é uma mistura. Em uma mistura homogênea, não se consegue observar partículas no ar ao iluminar a mistura e olhar na direção perpendicular ao feixe.

Mistura Heterogênea

Diz-se mistura heterogênea aquela em que as partes possuem diferentes propriedades intensivas (por exemplo, areia misturada com serragem).

Mistura Homogênea

Ver artigo principal: Dissolução

É aquela em que seus componentes não são vistos a olho nu, mesmo com um microscópio. Sua raiz "homo" significa semelhança ou igualdade. Consiste em um soluto e um solvente.

Dispersão Coloidal

Os coloides são misturas homogêneas em que as partículas de um ou mais componentes estão na faixa de tamanho de 1 a 1000 nm. Por exemplo, se uma partícula tivesse 8 mm de diâmetro, uma gota de água teria um diâmetro de 40 km ou 400 blocos.

Mistura Heterogênea

Uma mistura heterogênea é aquela que tem uma composição não uniforme, na qual se pode diferenciar cada componente e consiste em duas ou mais substâncias fisicamente distintas, distribuídas de forma desigual. As partes de uma mistura heterogênea podem ser separadas mecanicamente. Por exemplo, saladas, ou sal misturado com brincos.

Suspensão

Suspensão refere-se a misturas com partículas finas em suspensão num líquido por um tempo e que depois se depositam (sedimentam). Na fase inicial, pode-se ver que o recipiente contém outros elementos. Pode ser separada por meios físicos. Exemplos de suspensões são os de cola (água com farinha) ou água misturada com óleo.

Energia

O termo energia (do grego ἐνέργεια / energeia, 'operação, atividade'; ἐνεργóς / energos = 'força de ação ou força de trabalho') tem diferentes significados e definições relacionadas com a ideia de uma capacidade de agir, transformar ou mover. Em física, "energia" é definida como a capacidade de realizar trabalho.

Em tecnologia e economia, "energia" se refere a um recurso natural (incluindo a sua tecnologia associada) para extrair, transformar e, posteriormente, dar um uso industrial ou econômico. Na física, a lei universal da conservação de energia, que é a base para a primeira lei da termodinâmica, indica que a energia ligada a um sistema isolado permanece constante ao longo do tempo.

No entanto, a teoria da relatividade especial estabelece uma equivalência entre massa e energia, através da qual todos os corpos, em virtude de serem formados por matéria, contêm energia. Pode-se ter a energia extra que é conceitualmente dividida em vários tipos de acordo com as propriedades do sistema a ser considerado. Por exemplo, a energia cinética é medida como o movimento da matéria; a energia química, como a composição química; a energia potencial, em função de propriedades como o estado de deformação ou a posição da matéria em relação às forças que agem sobre ela; e a energia térmica, como o estado termodinâmico.