Físico-Química

Físico-Química é a área da Química que utiliza dos princípios e leis da Física para explicar os processos químicos. Ou seja, a Físico-Química aplica conhecimentos trazidos pela Física, com auxílio da matemática computacional, para explicar, em nível atômico e molecular, o comportamento da matéria e a forma como ocorrem as reações químicas.

A Físico-Química é um campo amplo que engloba diversos temas. Em nosso currículo, vemos os conceitos de Físico-Química serem aplicados no estudo das soluções, da termoquímica, da cinética química, do equilíbrio químico, da eletroquímica e da radioatividade. Não à toa, os temas pertinentes à Físico-Química são também cobrados, com frequência, no Enem.

Leia também: Como ocorre uma reação química?

Resumo sobre Físico-Química

• A Físico-Química é uma área da Química que faz uso das leis da Física para explicar os processos químicos.
• Busca a compreensão da matéria e da forma de ocorrência das reações químicas, porém, em nível atômico e molecular.
• A matemática computacional é uma grande aliada no campo de estudos da Físico-Química.
• A Físico-Química trabalha diversos conceitos, dentre eles os relacionados ao estudo das soluções, da termoquímica, da cinética química, do equilíbrio químico, da eletroquímica e da radioatividade;
• A Físico-Química é um tema frequente no Enem e, por isso, deve ser sempre estudada para um bom rendimento no exame.

O que é Físico-Química?

A Físico-Química é a área da Química que aborda os princípios da Física envolvidos em processos químicos. Dessa forma, busca explicar a forma que a matéria se comporta em nível molecular e atômico, além de trazer explicações de como ocorrem as reações químicas.

As pesquisas no campo da Físico-Química tentam entender o comportamento e as propriedades das substâncias químicas por meio de teorias oriundas da Física e da matemática computacional. Na busca por entender as propriedades físicas das moléculas e dos átomos, bem como o funcionamento das reações químicas, a Físico-Química configura um excelente campo para aqueles que desejam entender o mundo material em uma escala de tamanho muito pequena.

O campo de estudo da Físico-Química engloba não só a Química e a Física, mas também a Biologia, a Matemática e a medicina.

Conteúdos de Físico-Química

Dentre os principais conteúdos estudados em Físico-Química, dentro do currículo escolar brasileiro, podemos citar:

• Soluções: conceitos básicos, unidades de concentração, operações com soluções e propriedades coligativas.
• Termoquímica: estudo do calor envolvido em processos químicos, variação de entalpia, formas de cálculo da variação de entalpia em processos químicos e físicos.
• Cinética química: estudo da velocidade das reações químicas.
• Equilíbrio químico: equilíbrios dinâmicos em processos químicos, deslocamento de equilíbrio químico.
• Eletroquímica: estudos de células eletroquímicas, relação entre energia elétrica e energia química, pilhas, eletrólise, baterias, corrosão, entre outros.
• Radioatividade: conceitos básicos, leis da radioatividade, estudo das radiações, cinética radioativa, entre outros.

Em nível superior, também podemos citar os estudos relacionados à Química Quântica, que envolvem uma compreensão mais complexa da matéria em nível atômico e molecular.

Veja também: Atomística — área da Química responsável pelo estudo do átomo

O que cai de Físico-Química no Enem?

Segundo os objetos de conhecimento de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, disponíveis na Matriz de Referência do Enem, elaborada pelo Inep, a Físico-Química aparece em:

• Água (…) sistemas em solução aquosa: soluções verdadeiras, soluções coloidais e suspensões; solubilidade; concentração das soluções; aspectos qualitativos das propriedades coligativas das soluções (…).

• Transformações químicas e energia: transformações químicas e energia calorífica; calor de reação; entalpia; equações termoquímicas; lei de Hess; transformações químicas e energia elétrica; reação de oxirredução; potenciais padrão de redução; pilha; eletrólise; leis de Faraday; transformações nucleares; conceitos fundamentais da radioatividade; reações de fissão e fusão nuclear; desintegração radioativa e radioisótopos.

• Dinâmica das transformações químicas: transformações químicas e velocidade; velocidade de reação; energia de ativação; fatores que alteram a velocidade de reação: concentração, pressão, temperatura e catalisador.

• Transformação química e equilíbrio: caracterização do sistema em equilíbrio; constante de equilíbrio; produto iônico da água, equilíbrio ácido-base e pH; solubilidade dos sais e hidrólise; fatores que alteram o sistema em equilíbrio; aplicação da velocidade e do equilíbrio químico no cotidiano.

Saiba mais: O que a termoquímica estuda?

Exercícios resolvidos sobre Físico-Química

Questão 1. (ENEM/2024) A hidroxiapatita, Ca₅(PO₄)₃OH, é um mineral constituinte do esmalte dos dentes. Entre as diversas reações que ocorrem no meio bucal, encontram-se em equilíbrio as reações de desmineralização e mineralização da hidroxiapatita em meio aquoso, ilustradas a seguir. A desmineralização está associada à fragilização do esmalte do dente e à formação de cáries.

O uso de creme dental pode minimizar a perda da hidroxiapatita. O quadro apresenta o agente de polimento e o pH de alguns cremes dentais comerciais.

STORGATTO, G.A.; BRAIBANTE, M. E. F.: BRAIBANTE, H. A química na odontologia. Química Nova na Escola, V. 39, fev. 2017 (adaptado).

Considerando o equilíbrio químico envolvido, qual creme dental promove a maior desmineralização do esmalte do dente?

A) I

B) II

C) III

D) IV

E) V

Resposta: Letra D.

A desmineralização ocorre quando o equilíbrio é deslocado para a direita. Uma das formas do equilíbrio ser deslocado para a direita é por meio do aumento de íons H⁺ em solução. Isso ocorre quando o meio se torna mais ácido, ou seja, quando o pH é cada vez menor. Dentre os cremes dentais, o que apresenta menor pH é o IV e, portanto, é o que possui maior ação desmineralizadora.

Questão 2. (ENEM/2022) O elemento iodo (I) tem função biológica e é acumulado na tireoide. Nos acidentes nucleares de Chernobyl e Fukushima, ocorreu a liberação para a atmosfera do radioisótopo ¹³¹I responsável por enfermidades nas pessoas que foram expostas a ele. O decaimento de uma massa de 12 microgramas do isótopo ¹³¹I foi monitorado por 14 dias, conforme e quadro.

Após o período de 40 dias, a massa residual desse isótopo é mais próxima de

A) 2,4 µg.

B) 1,5 µg.

C) 0,8 µg.

D) 0,4 µg.

E) 0,2 µg.

Resposta: Letra D

A meia-vida é o tempo necessário para a quantidade de um radioisótopo cair pela metade. O isótopo em questão possui uma meia-vida de 8 dias, pois, segundo a tabela, foi o tempo necessário para sua massa decair pela metade (de 12 para 6 microgramas). Dessa forma, em 40 dias, são necessários 5 meias-vidas, ou seja, a massa final é calculada da seguinte forma:

m = m₀ / 2⁵

m = 12 / 32

m = 0,375 µg ≈ 0,4 µg

Fontes

AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. Physical Chemistry. Disponível em: https://www.acs.org/careers/chemical-sciences/areas/physical-chemistry.html

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Príncípios de Química: Questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

ATKINS, P.; DE PAULA, J.; KEELER, J. Physical Chemistry. 11. ed. Oxford: Oxford University Press, 2018.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO, INSTITUTO NACIONAL DE ESTUDOS E PESQUISAS EDUCACIONAIS ANÍSIO TEIXEIRA. Matriz de Referência Enem. Disponível em: https://download.inep.gov.br/download/enem/matriz_referencia.pdf