Análise Dimensional em Química
A Análise Dimensional é uma maneira pela qual químicos e outros cientistas convertem unidades de medida. Podemos converter qualquer unidade em outra unidade da mesma dimensão . Isso significa que podemos converter algum número de segundos em outra unidade de tempo, como minutos, porque sabemos que sempre há 60 segundos em um minuto. Ou podemos converter alguma quantidade de massa de gramas em quilogramas, sabendo que sempre há 1000 gramas em um quilograma. Ou podemos converter comprimentos, digamos, de quilômetros em milhas, embora as unidades métricas sejam usadas com mais frequência em química. Com um fator de conversão conhecido, às vezes é possível converter para uma nova dimensão. Por exemplo, 1 quilograma de água pura é igual a 1 litro. Usando esse conhecimento, você pode converter um volume de água em uma massa de água ou vice-versa.
Unidades de medida
As dimensões comumente usadas em química incluem tempo, massa, comprimento e volume. As unidades padrão de medida (aquelas usadas com mais frequência para que possam ser facilmente compartilhadas com outros cientistas) são as unidades SI , do Sistema Internacional de Unidades. A unidade de tempo do SI é segundos e seu símbolo de unidade é s . A unidade SI de massa é o quilograma. É escrito como kg , onde k é o prefixo métrico que significa quilo e g representa grama, a unidade básica de massa. A unidade SI de comprimento é o metro, com o símbolo m . Os químicos também costumam usar toupeiras, uma unidade SI que descreve uma quantidade de uma substância. Uma mole é igual a aproximadamente 6,022 x 10 ^ 23 partículas, como átomos ou moléculas. Seu símbolo é mol .
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Fatores de conversão e prefixos
Para converter de uma unidade para outra, precisamos saber como essas unidades estão relacionadas. Às vezes, há um fator de conversão bem estabelecido que você pode usar para converter entre as dimensões, como 1 quilograma de água pura é igual a 1 litro de água pura. Você também pode medir (ou pesquisar) fatores de conversão entre unidades métricas e inglesas da mesma dimensão. Por exemplo, 1 milha é aproximadamente igual a 1,6 km.
Na maioria das vezes, em química, suas conversões incluirão mols ou unidades métricas. Para facilitar a vida de sua análise dimensional, é importante trabalhar para memorizar uma aproximação da constante de Avogadro , o número de partículas em uma toupeira e os prefixos métricos. Igualmente importante é que você tenha uma noção do que essas unidades significam.
Já dissemos que um mol é igual a aproximadamente 6,022 x 10 ^ 23 partículas (pode ser qualquer coisa, na verdade, embora na maioria das vezes sejam átomos ou moléculas). Esse é um número muito grande! A constante de Avogadro às vezes assusta novos alunos de química, mas é apenas um número.
Então, se eu perguntasse a você quantos biscoitos tem uma dúzia, você me diria que há 12 biscoitos em uma dúzia. E se eu dissesse que tenho um pedaço de cookies, você saberia que isso significa que tenho aproximadamente 6,022 x 10 ^ 23 cookies.
Vamos voltar para a química. Se você tem 1 mole de átomos de carbono, isso significa que você tem aproximadamente 6,022 x 10 ^ 23 átomos de carbono. Ou, se você tiver 1 mol de moléculas de água, isso seria aproximadamente 6,022 x 10 ^ 23 moléculas de água.
Nossa etapa final antes de começar a praticar a análise dimensional é aprender sobre os prefixos métricos para que possamos fazer conversões entre unidades de base semelhantes. Se precisarmos converter 1 kg em g, por exemplo, você precisará lembrar que g significa gramas, uma unidade de peso, e que o prefixo k significa quilo, ou mil. Portanto, se temos 1 kg (ou 1 kg), isso significa que temos mil gramas e nossa conversão está completa.
Você já deve reconhecer alguns dos maiores prefixos métricos de sua experiência com computadores, especificamente, k (quilo), M (mega), G (giga) e T (tera). Dos prefixos menores que 1, você pode reconhecer deci, que significa um décimo, da palavra decimal e perceber que centi, um centésimo, tem a mesma origem e significado que a palavra cent. Um centavo, ou um centavo, é um centésimo de um dólar.
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Prática de Análise Dimensional
É hora de colocar em prática nosso conhecimento sobre unidades e fatores de conversão. Usaremos análise dimensional para configurar e resolver nossos problemas de conversão de unidades com fatores de conversão conhecidos.
Problema prático # 1
Converta 25,0 mL em L.
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Primeiro, anote suas medidas iniciais. Aqui, temos 25,0 mL. Às vezes, as unidades terão um numerador e um denominador, como metros por segundo, mas se não, você pode colocar sua medida acima de 1.
Para não alterar nossa medição inicial de 25,0 mL, mas apenas alterar as unidades, queremos encontrar uma maneira de multiplicá-lo por um valor de 1. Precisamos encontrar um fator de conversão que irá cancelar as unidades de mL que já temos, uma vez que estamos nos afastando dessas unidades, e uma que irá apresentar os Litros, as unidades finais para as quais estamos nos movendo. Já sabemos que mL significa mililitros e que o prefixo milli significa um milésimo. Isso significa que teríamos que ter 1000 mL igual a 1 L. Vamos inserir esse fator de conversão.
Olhando para a nossa nova configuração de análise dimensional, podemos cancelar as unidades mL porque temos um no numerador e um no denominador. As únicas unidades restantes são L, que é nosso destino final nesta conversão de unidade. Finalmente, tudo o que precisamos fazer é prosseguir com a multiplicação dos números e obteremos 0,025 L.
Problema prático # 2
Converta 5,0 kg em cg.
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Neste problema, estaremos convertendo de kg (quilogramas ou mil gramas) para mg (miligramas ou milésimos de grama). Antes de iniciar a análise dimensional, é útil considerar o que significam os tamanhos relativos das unidades. Estaremos passando de uma unidade de massa relativamente grande para unidades muito menores. Isso significa que devemos acabar com um número muito maior no final.
Pode ser útil primeiro pensar sobre isso com unidades inventadas que já entendemos, então vamos fingir que os gramas são dólares. Vamos fingir que estamos convertendo de quilodólares, ou milhares de dólares, em centidólares ou centavos. Se você trouxesse uma quantia de milhares de dólares ao banco e pedisse para trocá-la por centavos, você voltaria para casa com muitos, muitos mais centavos do que o número de notas de mil dólares que trocou.
Voltemos ao problema. Estamos começando com 5,0 kg (quilogramas ou mil gramas) e convertendo essa mesma medida em unidades de cg (centigramas ou centésimos de gramas). Primeiro, anote a medida inicial de 5,0 kg e coloque-a sobre 1. O 1 mantém exatamente a mesma medida e unidades, e pode ser útil apenas para manter o controle de nossas unidades em alguns dos problemas de análise dimensional mais longos. Em seguida, encontre um fator de conversão que nos levará às unidades básicas de g. Precisaremos cancelar as unidades de kg, então usaremos 1000 g é igual a 1 kg. Até agora, ainda não temos nossas unidades finais, então precisaremos de mais uma conversão para cancelar as unidades de ge introduzir cg.
Sabemos que 100 cg é igual a 1 g. Também sabemos que, para cancelar nossas unidades de g, precisaremos colocar g no denominador e, para introduzir as unidades finais de cg, essas unidades irão para o numerador. Verifique se suas unidades foram canceladas para que você fique apenas com as unidades finais solicitadas no problema.
Aqui, unidades kg eg canceladas apropriadamente, e terminamos com 500.000 cg ou 5,0 x 10 ^ 5 cg.
Problema prático # 3
Converta 12,0 pol. Em cm, visto que 1 pol. É aproximadamente igual a 2,54 cm.
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Ao converter entre sistemas de medição, ainda configuramos nosso problema de análise dimensional da mesma maneira. A medição inicial de 12,0 pol. É conectada primeiro. Multiplicamos essa medida por 2,54 cm em 1 pol., Uma fração igual a 1, mas que nos permite converter unidades. As unidades de entrada são canceladas e ficamos com apenas unidades de cm. Multiplicando, obtemos que 12,0 pol é igual a 30,5 cm.
Resumo da lição
A análise dimensional é uma maneira pela qual os químicos e outros cientistas convertem unidades de medida. Podemos converter qualquer unidade em outra unidade da mesma dimensão, que pode incluir coisas como tempo, massa, comprimento e volume. De modo geral, porém, os químicos geralmente usam moles, que é uma unidade do SI que descreve uma quantidade de uma substância. Além disso, os químicos precisam ser bem versados em prefixos métricos, alguns dos quais provavelmente são familiares para você. Como k (quilo), M (mega), G (giga) e T (tera), bem como quantos de cada prefixo compõem outro prefixo. Uma vez familiarizado com tudo isso, você deve estar pronto para lidar com suas próprias análises dimensionais.
Termos-chave de análise dimensional
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- Análise dimensional : uma maneira como os químicos e outros cientistas convertem unidades de medida
- Dimensão : itens dentro do mesmo campo de unidades, como segundos, minutos e horas
- Unidades métricas : são usadas em química
- Fator de conversão : usado para encontrar uma nova dimensão, como converter um volume de água pura em uma massa de água
- Constante de Avogadro : o número de partículas em um mol, aproximadamente igual a: 6,022 x 10 ^ 23 partículas
- Moles : uma unidade SI que descreve uma quantidade de uma substância
Resultados de Aprendizagem
Quando esta lição terminar, os alunos devem ser capazes de:
- Defina a análise dimensional
- Converta unidades de medida usando análise dimensional
- Liste as unidades de base SI
- Identifique a finalidade das unidades métricas
- Lembre-se de como usar um fator de conversão na análise dimensional