quimica_cidada_1

Wildson S antos e Gerson Mól (coordenadores )

Manual do Professor

QUÍMICA ENSINO MÉDIO

Coleção Química Cidadã

QUÍMICA MANUAL DO PROFESSOR

Cidadã

VOLUME 1 ENSINO MÉDIO – QUÍMICA – 1-a série Wildson Luiz Pereira dos Santos (coord.) Professor Associado do Instituto de Química da Universidade de Brasília (UnB). Licenciado em Química pela Universidade de Brasília, Mestre em Educação em Ensino de Química pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e Doutor em Educação em Ensino de Ciências pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).

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Gerson de Souza Mól (coord.) Professor Associado do Instituto de Química da Universidade de Brasília (UnB). Bacharel e Licenciado em Química pela Universidade Federal de Viçosa, Mestre em Química Analítica pela Universidade Federal de Minas Gerais e Doutor em Ensino de Química pela UnB. Siland Meiry França Dib Professora do Ensino Médio da Secretaria de Estado de Educação do Distrito Federal. Licenciada em Química pela Universidade Católica de Brasília (UCB) e Mestre em Educação pela UCB.

Roseli Takako Matsunaga Professora do Ensino Médio da Secretaria de Educação do Distrito Federal. Licenciada em Química pela Universidade Católica de Brasília (UCB) e Mestre em Ensino de Ciências pela Universidade de Brasília (UnB).

Sandra Maria de Oliveira Santos Professora do Ensino Médio da Secretaria de Estado de Educação do Distrito Federal. Licenciada em Química pela Universidade Católica de Brasília (UCB) e Mestre em Ensino de Ciências pela UnB.

Eliane Nilvana F. de Castro Professora do Ensino Médio da Secretaria de Estado de Educação do Distrito Federal. Licenciada em Química pela Universidade Católica de Brasília (UCB).

Gentil de Souza Silva Professor do Ensino Médio da Secretaria de Estado de Educação do Distrito Federal e Químico industrial. Licenciado em Química pela Universidade Estadual da Paraíba e Especialista em Química pela Universidade Federal de Lavras.

Salvia Barbosa Farias Professora do Ensino Médio da Secretaria de Educação do Distrito Federal. Licenciada em Química pela Universidade Católica de Brasília (UCB).

São Paulo – 2016 3ª- edição

Título srcinal: Químic a Cidadã – Volume 1 © Editora AJ S Ltda, 2016 Editores: Arnaldo Saraiva e Joaquim Saraiva Edição: Artes e Letras Direção editorial: Antonio Nicolau Youssef Coordenação editorial: Ana Cristina Mendes Perfetti Edição de arte: Jorge Okura Pesquisa iconográfica: Cláudio Perez, M10 Editorial Editoração eletrônica: Alfredo P. Santana, Juliana Cristina Silva, Alan P. Santana, Andreas Felix, Candida Haesbaert Bittencourt, Ademir F. Baptista e Flávio Balmant Revisão desta edição: Wildson L. P. Santos, Siland M. F. Dib, Sandra M. O. Santos, Roseli T. Matsunaga, Marcelo S. Azevedo, Mônica d’Almeida, Alpha Condeixa Simonetti, Carla Martins, Adriano C. Monteiro Ilustrações: Maspi, Cinthia Yamasaki, Jorge Honda, Osvaldo Sequetin, AMJ Studio, José Yuji Kuribayashi, Paulo Cesar Pereira Capa: Flávio Nigro Ilustração de capa: Jean Galvão Impresso no Parque Gráfico da Editora FTD. CNPJ 61.186.490/0016-33

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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Química cidadã : volume 1 : química : ensino médio, 1ª série / Wildson Luiz Pereira dos Santos (coord.). -- 3. ed. -- São Paulo : Editora AJS, 2016. -- (Coleção química cidadã)

Vários autores. Componente curricular : Química. Sumplementado pelo manual do professor. Bibliografia.

ISBN:978-85-8319-125-4 (Aluno) ISBN:978-85-8319-126-1 (Professor) 1. Química (Ensino médio) I. Série.

16-03471

CDD-540.7

Índices para catálogo sistemático: 1. Química : Ensino médio

540.7

Em respeito ao meio ambiente, as folhas deste livro foram produzidas com fibras obtidas de árvores de florestas plantadas, com srcem certificada.

Editora AJS Ltda. – Todos os direitos reservados Endereço: R. Xavantes, 719, sl. 632 Brás – São Paulo – SP CEP: 03027-00 0 Telefone: (011) 2081-4677 E-mail: [email protected]

APRESENTAÇÃO A você, estudante Ingressar no Ensino Médio significa iniciar a etapa final de sua formação básica que lhe capacitará a ingressar no mercado de trabalho, a participar da sociedade e a avançar em estudos superiores. Com essa formação, você terá uma base mais sólida para compreender a dinâmica do mundo, reivindicar seus direitos e atuar com ações positivas na construção de uma sociedade mais justa e igualitária. Para isso é que você precisa estudar Ciências, pois seu estudo nos fornece modelos que permitem a previsão de fatos, possibilitando intervenções que trazem melhor qualidade de vida. A Química engloba conhecimentos sobre produtos químicos e suas transformações, que têm permitido a humanidade lidar com as diversidades de sua existência.

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Com essas finalidades este livro foi escrito. O conhecimento científico por ele veiculado foi cuidadosamente selecionado para que você entenda os princípios do estudo das substâncias, dos materiais e de suas transformações. Fazemos uso de conceitos dos diversos campos da Ciência, sobretudo da Física e da Biologia, e trabalhamos com as ferramentas da Matemática para bem compreender a complexidade do mundo físico. Os autores deste livro, com larga experiência no ensino de Química, buscaram estratégias e conteúdos relevantes para sua formação como cidadão. Acreditamos que o Ensino Médio esteja mudando, assim como o Ensino Superior precisa de mudanças, selecionando estudantes que, mais do que o domínio de fórmulas, saibam resolver problemas desafiadores da existência da vida no planeta. As provas do Enem vêm se consolidando nesse processo de mudança, exigindo capacidade de leitura e interpretação. É com essa perspectiva que vamos prepará-lo com este livro. Isso tudo memorizar está exigindo um novo perfilconceitos de estudante. Entendemos aprender Química não é simplesmente fórmulas, decorar e resolver exercícios. que Aprender Química é entender como essa atividade humana tem se desenvolvido ao longo dos anos, como os seus conceitos explicam os fenômenos que nos rodeiam e como podemos fazer uso de seu conhecimento na busca de alternativas para melhorar a condição de vida do planeta. Com o propósito de formar um cidadão crítico, nos três volumes da coleção trataremos das relações entre a Química, as suas tecnologias, a sociedade e o ambiente. Neste primeiro volume, vamos estudar os materiais e as substâncias: suas propriedades, suas transformações e seus constituintes. Nesse estudo, veremos os modelos dos constituintes e as suas interações Na contextualização dos conteúdos, daremos um enfoque à Química ambiental por meio de conhecimentos que demonstram os impactos da tecnologia química na sociedade e que possibilitam desenvolver ações que conciliem desenvolvimento tecnológico, qualidade de vida, preservação ambiental e justiça social. Estudaremos tópicos temáticos, discutindo problemas sociais e atitudes para assegurar a vida das nossas e das futuras gerações. Esperamos que o início de seu aprendizado em Química seja muito prazeroso com essa nova abordagem. Um forte abraço.

Os autores

CONHEÇA SEU LIVRO PARE E PENSE

História da Ciência

O ideal é que você desenvolva o hábito de ler o capítulo antes da aula do professor. Nesta primeira leitura, observe as caixas de texto Pare e Pense. Pare a leitura, reflita e tente responder antes de prosseguir. Procurar explicações e expressá-las com as próprias palavras ajuda a entender melhor o que está sendo ensinado, pois

Sempre que você encontrar a chamada História da Ciência , leia o texto atentamente e procure observar a contextualização histórica do surgimento das definições e conceitos relativos aos conteúdos estudados, bem como as circunstâncias sociais em que os cientistas citados contribuíram para o desenvolvimento da

você comparar a sua ideia com os novosde conceitos que estãopode sendo introduzidos. Esta srcinal é a melhor forma compreender o assunto novo.

Química e daconceitos Ciência. Entender a História da Ciência é compreender a srcem dos e compreender o seu significado.

Construção do Conhecimento

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Descubra o significado de cada conceito compreendendo a sua relação com os fenômenos ou dados que permitiram a sua elaboração. Para isso, realize todas as atividades de Construção do conhecimento , analisando tabelas, imagens e observações de processos. Descobrir os conceitos é a melhor forma de adquirir uma aprendizagem mais duradora.

Atividade Experimental

Normas de Segurança

Nas Atividades Experimentais você se depara com uma série de experimentos investigativos. Muitos poderão ser feitos na própria sala de aula. Todos poderão ajudar o professor a conseguir os materiais necessários. Ao discutir os resultados, você aprenderá a usar tabelas e gráficos. Pense sempre sobre as conclusões que poderão ser extraídas de suas observações. Caso seja muito difícil realizar os experimentos, procure analisar os dados que fornecemos. Aprender a observar e explicar o que está ao seu redor ajudará você a entender melhor o mundo em que vivemos. Alertamos para que, ao realizar osexperimentos, você siga rigorosamente asnormas de segurança da última página do livro. Nunca tente fazer qualquer experimento sem a orientação e supervisão de seu professor. Lembre-se também de usar o mínimo possível de materiais para gerar poucos resíduos. Assim você estará contribuindo para a preservação do ambiente.

Participação Cidadã

Ação e Cidadania

Exercícios O aprendizado dos conceitos da Química ocorre a partir da leitura dos textos e da realização dosExercícios , apresentados nos capítulos. Lembre-se da importância da realização dos exercícios, mas tenha sempre em mente que o aprendizado depende também das leituras e revisões de todos os textos ao longo do desenvolvimento do conteúdo.

Revisão para a prova Ao terminar o estudo de cada capítulo, faça uma revisão de tudo que aprendeu. Faça uma síntese em seu caderno dos principais conceitos estudados em cada seção. Em seguida, resolva as questões de Revisão para a prova. Nela são revisados os principais conceitos do capítulo, com um estilo muito semelhante ao adotado nas provas do Enem.

Tomada de Decisão

Atitude Sustentável

A Química faz parte de sua vida e a todo momento você tem que tomar decisão sobre assuntos relacionados à Química. Para buscar um preciso aprender a ter uma participação nosouvir debates sobre o nosso Neste livro, esperamos que você cidadã omundo tempomelhor todo éapresentando edefendendo suas ideias , além de e respeitar as de futuro. seus colegas. Algumas questões sobreparticipe a ciência questões sociocientíficas. Aprenda a participar de debates sobre essas são polêmicas entres os próprios cientistas, elas são chamadas de questões que afetam a nossa vida, tentando explicar tudo o que lhe é perguntado com as suas próprias palavras e tendo um posicionamento ações de cidadania. sobre atividade detomada de decisão. Se envolva em atividades para melhorar a sua comunidade desenvolvendo Participe das atividades com espírito de cooperação, solidariedade, responsabilidade, respeito e tolerância à opinião do outro. Assim, você estará contribuindo para a construção de uma sociedade em que os interesses da coletividade estejam acima dos interesses individuais. Além de mudanças na comunidade, é preciso também haver mudanças individuais. Em Atitude sustentável você encontra um rico conjunto de sugestões, cuidados e orientações para a prática da Cidadania, sobretudo no que se refere aos impactos ambientais, nos quais estão envolvidos diversos conceitos estudados em nosso curso de Química.

SUMÁRIO s n e g a Im r sa l u /P lil a n a R o i g r e S

s n e g a m I r a ls u P / e t n e d u r P o ã o J

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

CAPÍTULO

1

SUBSTÂNCIAS E SUAS TRANSFORMAÇÕES ....................... ........................... .......................... ............. 7 1. Consumismo: transformação da sociedade atual........................... .......................... ...................... 8 2. Transformações químicas .................................................................................................................11 3. Química - tecnologia - sociedade ......................................................................................................15 4. Propriedades das substâncias ........................................................................................................... 20 5. Identificação das substâncias............................................................................................................ 34

CAPÍTULO

2

MATERIAIS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO ....................... ........................... .......................... ............ 41 1. Separação de materiais para reciclagem......................... ........................... ........................... ...... 42 2. Materiais e substâncias .................................................................................................................... 49 3. Processos de separação de materiais ............................................................................................... 58 4. A Química e o tratamento do lixo .................................................................................................... 72

CAPÍTULO

3

QUÍMICA E CIÊNCIA ........................ ........................... .......................... ........................... ................ 81 1. Da Alquimia à Química .......................... ........................... ........................... .......................... .. 82 2. Conhecimento científico e senso comum ......................................................................................... 88 3. Descontinuidade da matéria e sua natureza corpuscular ................................................................... 91 4. A Química e sua linguagem ............................................................................................................. 95 5. Medidas e modelos ........................................................................................................................103 6. Grandezas do estado gasoso ......................................................................................................... 109 7. Propriedades dos gases ..................................................................................................................114 8. Leis dos gases e teoria cinética dos gases .......................................................................................122 9. Ciência e tecnologia: incertezas e riscos ..........................................................................................132

ck o str tte u h /S n yn w l e

CAPÍTULO

4

DO ATOMISMO AOS MODELOS ATÔMICOS ........................ ........................... ........................... ......... 141 1. Evolução histórica do atomismo........................ .......................... ........................... .................. 142 2. As leis das reações químicas na construção do modelo atômico ......................................................145 3. A elaboração do modelo atómico de Dalton ...................................................................................150 4. O respeito à diversidade .................................................................................................................156 5. Modelo atômico de Thomson ........................................................................................................158 6. Modelo atômico planetário e as partículas do átomo ...................................................................... 161 7. Modelo atômico de Bohr ...............................................................................................................171

CAPÍTULO

5

CLASSIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS ......................... ........................... .......................... ..... 183 1. História da classificação periódica.......................... ........................... .......................... ............. 184 2. As leis periódicas ...........................................................................................................................187 3. Classificação moderna dos elementos químicos ............................................................................. 190 4. Nucleossíntese e os elementos químicos artificiais ............................................................................196 5. Propriedades periódicas ................................................................................................................ 200 6. Produtos químicos e seus rótulos ....................................................................................................207

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CAPÍTULO

6

LIGAÇÕES QUÍMICA S

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216 1. A química das estruturas: resistência aos 2. Ligação iônica ................................................................................................................................218 3. Ligação covalente .......................................................................................................................... 228 4. Constituintes moleculares e amoleculares ...................................................................................... 233 5. Polaridade das moléculas .............................................................................................................. 238 6. Ligação metálica ............................................................................................................................245 desastres.....................................................................

CAPÍTULO

7

SUBSTÂNCIAS: INTERAÇÕES E PROPRIEDADES ....................... ........................... .......................... ..... 255 1. Propriedades das substâncias....................... ........................... ........................... ..................... 256 2. Forças intermoleculares ou forças de Van der Waals ...................................................................... 263 3. Água e vida ...................................................................................................................................270 ck o t rse tt u h /S r e th ra P h g i Le

Substâncias e suas transformações

ck tso r tte u h S / im e g n e g a V

As substâncias podem se outras, em transformar processos comoemos que ocorrem com os comprimidos efervescentes, que reagem em água produzindo gás carbônico.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1 CONSUMISMO: TRANSFORMAÇÃO DA SOCIEDADE ATUAL

2 TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS 3 QUÍMICA - TECNOLOGIA - SOCIEDADE 4 PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS 5 IDENTIFICAÇÃO DAS SUBSTÂNCIAS

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1 O L U T Í P A C

s e õ ç a rm o fs n a tr

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s a u s e s ia c

Consumismo: transformação da sociedade atual ck o t rs e tt u h S / n o ti a in g a m si

n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

O aumento do consumo no mundo levou à noção de que o consumo sustentáveltranscende os interesses individuais e traduz uma nova visão de mundo. PARE E PENSE

Que transformações acontecem, com o passar do tempo, com os materiais descartados no lixo? tit u m e D ly e H :s o t o F

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

A

Química está presente em nossa vida diária e os conhecimentos por ela produzidos estão diretamente relacionados aos produtos tecnológicos produzidos que são consumidos pela sociedade, mudando comportamentos e atitudes. Tudo isso está produzindo impacto diretamente no ambiente. O estudo da Química permite compreender as complexas relações entre essa ciência, seus impactos tecnológicos, sociais e ambientais. Vários temas estão relacionados ao que denominamos Química-Tecnologia-Sociedade-Ambiente. O primeiro tema que iremos estudar é o consumo sustentável, o qual surge em decorrência de um comportamento desenvolvido na sociedade tecnológica moderna: o consumismo, que tem relação com o desperdício. A palavra “desperdício” pode ser entendida em vários contextos e podemos

defini-la como “o que é gasto sem proveito”.Isso tem relação com os valores consumistas da sociedade industrializada em que vivemos. Noinício do século XX, a indústria tinha como meta buscar novos mercados para seus produtos,

Associada ao processo de lançamento de novos produtos está a preocupação com a estética. Muitas vezes, a única mudança que o produto ganha é a embalagem.

it t u m e D yl e H :s o t o F

Talvez você ainda tenha alguns desses modelos de celulares em casa, guardados em algum lugar. Será que nenhum deles pode ser usado? Será que o modelo que não t enha câmera fotográfica, MP10, TV etc. não serve mais como um aparelho de celular?

abastecendo-os e crescendo. os produtos jádeveriam serprodutos bons, duráveis e baratos. Mas, com o tempo,Logo, os consumidores tinham os e não precisavam mais comprá-los. A solução para a indústria foi lançar no mercado novos produtos, mais modernos, com novos designs, com novas funções, tornando os anteriores obsoletos e fora de moda. Hipermercados, centros de compras, feiras, shoppings , cada dia novas possibilidades, sofisticados, elegantes e reluzentes. Cada vez mais, verifica-se a existência de mais e mais prateleiras com uma variedade crescente de produtos. Quantas marcas de detergentes sintéticos existem? Quantos diferentes tipos de automóveis, celulares, câmeras digitais, equipamentos domésticos? Para ganhar o mercado, cada indústria lança um novo tipo de produto, acrescentando novidades para o consumidor, como diferentes odores, embalagens,

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consistências, recursos etc. aspectos, funções e

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Imagine quantas transformações ocorrem diariamente no planeta. Essas transformações, provocadas por mais de 7 bilhões de pessoas, geram custos de impactos no planeta que precisam ser avaliados por todos nós! 8

A estrutura econômica hoje, na qual estamos inseridos, se organiza de modo a favorecer o aumento do consumo, que concorre para a criação de um modelo de economia fundamental para o desenvolvimento econômico do país. Mas, se o consumo assumir uma dinâmica progressiva de crescimento, aonde vamos parar? A ideia dominante do ponto de vista econômico é a de que o crescimento está alicerçado no aumento contínuo da produção e do consumo de bens e serviços, reconhecidos como meiosde promover a prosperidade e a qualidade de vida para o maior número possível de pessoas. Isso se fundamenta no modelo de desenvolvimento contínuo da ciência e tecnologia que, para muitos, implica desenvolvimento social. No entanto, sabe-se que nem sempre o desenvolvimento econômico

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acarreta desenvolvimento social. com o processo de globalização, o que ocorre é a concentração deAtualment riqueza e oe,aumento da pobreza. Essa ordem de crescimento não é sustentável a médio e longo prazos. A atual dinâmica de consumo desenfreado tem provocado a destruição, em larga escala, da natureza em um ritmo superior ao que o planeta pode se ajustar. A Terra já dá sinais de que o preço a ser pago com esse descontrole será altíssimo. Há indícios de que as áreas terrestres e marinhas, necessárias para regenerar o ambiente natural e dispor os resíduos gerados pelo ritmo de consumo em vigor, já ultrapassam a área da superfície terrestre. O atual modelo econômico introduziu o que chamamos consumismo, que Muito do que é comprado pelas pessoas é significa a expansão da cultura do “ter” em detrimento da cultura do “ser”.para atender à vontade momentânea de comO estilo de vida norte-americano provocou a expansão do consumo, que, pra e não para atender a alguma necessidade estimulado pelas forças do mercado, damoda e da propaganda, se transformou real. Esse tipo desnecessário de compra caracem compulsão. Tal dinâmica influenciou a personalidade social.a N

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teriza o consumista patológico.

cultura do consumo, os indivíduos passaram a ser reconhecidos, avaliados e julgados pelo que consomem, vestem e calçam; pelo carro e celular exibidos em público. Issochegou a tal ponto que até felicidade e qualidade de vida passaram a ser avaliadas, por muitos, com base no que o indivíduo consome. Podemos dizer que o consumo é necessário, afinal precisamos manter nossas necessidades básicas de sobrevivência. Entretanto, existem dificuldades em se diferenciar consumo e consumismo, o limite entre necessidades básicas e supérfluas relacionam-se às características culturais das sociedades. É difícil estabelecer a diferença entre consumo e consumismo, pois o que é básico para alguns pode ser supérfluo para outros. Podemos dizer que consumo é a utilização de bens e serviços para satisfazer necessidades individuais e coletivas. Somos consumidores de alimentos, água, energia elétrica, transporte etc. O consumismo, por sua vez, está associado ao consumo supérfluo e inconsciente, sob influência de empresas, grupos e políticas públicas e privadas diversas. Consumismo é o consumo extravagante. É o consumo além do necessário para se ter um bem-estar individual, grupal e social. Isso é percebido durante o processo da compra. Associadas ao consumo além das necessidades naturais, existem três espécies de compra: a não planejada (feita em virtude da pressão do tempo

ou por lembrar-se de comprar ao ver exposto), a impulsiva (súbita vontade de comprar algo que não estava nos planos) e a compulsiva (compras em excesso em resposta aos sentimentos de tensão, ansiedade, aborrecimentos, autoestima etc.). 9

ck o str te t u h /S sr e r d n A

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No entanto, o consumismo pode causar má qualidade de vida às pessoas. Uma mania que prejudica o bem-estar de um ser humano é a oniomania (impulso compulsivo de comprar), considerada psicopatológica. Outro fator que afeta a qualidade de vida é o conhecido “mal do século XXI”, ou seja, o tecnoestresse – ansiedade diária, nervosismo e cansaço por excesso de informações por meio da utilização de computadores, notebooks, celulares e outros. Existem pessoas que querem ter produtos tecnológicos de última geração e ficam ansiosas para adquiri-los. Para fabricantes, publicitários, mídia e comerciantes, esse tipo de indivíduo é essencial aos seus negócios. E para o planeta, será um bom negócio? Sem dúvida, a publicidade é um meio eficiente para tornar um bem de consumo conhecido. No entanto, como ela atende a interesses da

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k c o t rs e tt u h /S ss e n is u B y k c u L

As propagandas vendem a imagem do consumidor feliz, mas na realidade o que ele enfrenta no dia a dia não é lá um modelo de felicidade! Atualmente, muita gente opta por um modelo de vida mais simples na busca de maior felicidade.

indústria e do comércio, buscagosto artifícios para As atingir pontos do consumidor – vaidade, desejo, e outros. mulheres dasvulneráveis propagandas de cosméticos são muito bonitas, atraentes, magras – parecem ideais. Quando a mídia explora produtos de limpeza, parece que estamos vivendo em uma casa modelo, brilhando e com mobílias novas. Já a imagem do homem é, geralmente, a de pessoa viril, simpática, alinhada, com carro esportivo etc. Infelizmente, existem empresas que utilizam propagandas enganosas ou abusivas, explorando a credibilidade dos consumidores. Nesse caso, como bons cidadãos, devemos denunciá-los à Fundação de Proteção e Defesa do Consumidor (Procon) ou ao Ministério Público, pois essa prática é proibida pelo Código de Defesa do Consumidor. Para mudar essa situação, a sociedade precisa ter clareza de que o consumo desenfreado e a mentalidade de utilizar produtos descartáveis representam uma ameaça à atual e às futuras gerações. É preciso aprender a cuidar adequadamente do planeta Terra. É necessário mudar nossoshábitos e nos tornar mais críticos em relação à publicidade. Precisamos aprender a

avaliar não só o custo financeiro de um bem, como também seus custos ambientais e sociais. Porém, o fundamental, e talvez o mais difíci l, é consumir apenas o necessário, sem extravagância.

Participação Cidadã

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. O texto fez referências ao “consumo compulsivo”, exis-

apenas para não esquecer, dos produtos que você utiliza no cotidiano. Em sala de aula, discuta com os colegas, num grande grupo, as questões abaixo e depois comente os resultados com a família: a) Que produtos poderiam ser retirados da lista de compras de sua casa sem maiores prejuízos? b) Que produtos poderia m ser substituídos por outros com o mesmo efeito gerando menor impacto ambiental? 6. A respeito da expansão da cultura do “ter” em detrimento da cultura do “ser”, comente: a) Como ela afeta (influencia) o seu relacionamento com os amigos e com a família. b) Porque houve a expansão da cultura do ter. c) O que pode ser feito para diminuir a cultura do ter em detrimento da cultura do ser.

tente na sociedade moderna e tecnológica. Quais são os aspectos éticos que devem ser discutidos no contexto da sociedade de consumo? 2. Discuta em sala de aula situações do dia a dia em que o consumismo prejudica a qualidade de vida das pessoas. 3. Apresente argumentos a favor e contra a afirmação de que: “O consumo é fundamental para o desenvolvimento econômico de um país”. 4. Sobre o desperdício, comente: a) Porque ele tem sido incentivado. b) Cite alguns exemplos de desperdícios e como se pode combatê-los. 5. Ainda com relação ao desperdício, dê uma olhada detalhada na despensa de sua casa e faça uma pequena lista,

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2 Transformações q uímicas

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A pintura enferrujada de um carro muito velho é um exemplo de transformação que pode ocorrer com os materiais, parte fundamental dos estudos da Química.

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Química está intimamente relacionada ao consumo da sociedade atual, por possibilitar a produção de novos bens de consumo. Para isso, é fundamental compreendermos como são desenvolvidos novos materiais e como se mudam as propriedades dos já existentes. A Química também nos ajuda a compreender melhor as consequências ambientais do alto consumo humano. A partir daí, podemos pensar em ações para melhorar as condições de vida na Terra, por meio da economia de energia e matéria-prima e da diminuição das consequências do descarte do lixo em diferentes ambientes. Com o passar do tempo, o lixo sofre uma série de transformações. Muda de cor, de cheiro e de aparência. Um bom exemplo dessas transformações é a degradação de restos de alimentos. Não há dúvida de como as características de um alimento mudam quando descartado. Identificar as transformações que acontecem com os materiais é parte fundamental da Química. Para aprendermos como isso pode ser feito, vamos realizar as atividades abaixo.

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PARE E PENSE

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Que transformações acontecem, com o passar do tempo, com os materiais descartados no lixo? Que materiais, aparentemente, não sofrem transformações no lixo?

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Os cientistas denominam os objetos ou os processos queque estão sendo estudados de sistemas , e as características e propriedades os sistemas apresentam, de estado do sistema . Portanto, a evidência de uma transformação está na mudança de estado do sistema. O conjunto de características anteriores à transformação é denominado estado inicial do sistema e o conjunto de características posteriores à transformação é denominado estado final do sistema.

Construção do Conhecimento O que se transforma? 1. Cite cinco exemplos de transformações de materiais que ocorrem na natureza. 2. Reproduza o quadro abaixo no caderno, relacionando, como no exemplo, as transformações que você identificou acima com c aracterísticas que permitam a identificação. tit u m e D

IDENTIFICAÇÃO DE TRANSFORMAÇÕE S Transformações

Apodrecimento de uma fruta

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M udançasobser vadas

Liberação de gases (cheiro), mudança de cor (escurecimento), alteração de textura dos materiais (amolecimento ou endurecimento) etc.

3. Você poderia dizer se na queima e no corte de uma folha de papel ocorrem transformações do mesmo tipo? Justifique. 4. Qual é a diferença entre as transformações sofridas por alimentos e a transformação ocorrida em uma lata ao ser amassada (veja foto ao lado)? 11

Iguais ou diferentes? O que você acha?

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I O L U ÍT P A C

Ao compararmos o estado inicial de uma lata normal com o estado final, após ser amassada, verificamos que ocorreu uma mudança nas características. Porém, o que mudou foi só a forma física do material. A lata continua sendo constituída por liga de alumínio, sem alterar características, tais como cor, cheiro, textura etc. Já os alimentos, depois que sofrem decomposição, apresentam outra constituição. Os processos em que não ocorrem mudanças na constituição das substâncias presentes no material são denominados processos físicos . Os processos, em que ocorrem mudanças na constituição do material por causa de formação de nova(s) substância(s), são denominados transformaç ões químicas , também chamados reações químicas . Para entendermos o que é uma transformação química, vamos fazer o experimento a seguir. Consulte as normas de segurança no laboratório, na última página deste livro.

Atividade Experimental Como sabemos que ocorreu uma reação química? Nesse experimento, você fará uma série de testes com o objetivo de observar ocorrências que permitam a identificação de reações químicas. Faça os testes em grupo. Se necessário, os tubos de ensaio podem ser substituídos por pequenos frascos de vidro transparentes, como

aqueles usados para acondicionar medicamento injetável. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ck o str te t u h /S i a ln o s Z ly e g r e G

O uso de equipamentos de segurança é fundamental no trabalho do químico em laboratório.

Materiais 5Conta-gotas tubos de ensaio Estante para tubos de ensaio Pinça de madeira Lamparina Água Gelo Açúcar

Solução hidróxidousar de 1sódio (NaOH) 0,1 mol/Lde(pode-se colher de café de soda cáustica para 0,5 litro de água) Vinagre branco 1/4 de comprimido efervescente Solução de fenolftaleína, 10 g/L (pode-se usar 1 colher de café para 100 mL de álcool etílico comercial)

Procedimento 1. Numere os tubos de ensaio de 1 a 5. 2. Reproduza, no caderno, o quadro apresentado a seguir e complete-o ao realizar cada teste, incluindo linhas até o tubo 5.

DADOS DE DESCRIÇÃO DO ESTADO DO SISTEMA Tubo

Estadoinicial

Estadofinal

Observações

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zzzzzzzz

zzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzzzzzz

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zzzzzzzz

zzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzzzzzz

3

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zzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzzzzzz

3. Em cada tubo, adicione os materiais indicados nos itens seguintes e observe as propriedades que os

caracterizam (cor, estado de agregação, forma de apresentação, odor). Essas propriedades devem ser anotadas na coluna “estado inicial” do quadro.

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4. Após a realização dos procedimentos indicados, observe novamente as propriedades dos materiais e anote-as na co-

1

luna “estado final”. 5. Observe atenta mente se houve mudança de co r, liberação de gás, exalação de odor, aparecimento de um novo

estado de agregaç ão, mudança de temperatura ou ou tras alterações e anote-as na c oluna das “observações” .

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6. No tubo 1, coloque um fragmento de gelo e observe ao final de todos os testes. 7. No tubo 2, coloque um pouco de água e 1/4 do comprimido efervescente. Observe.

3

8. No tubo 3, coloque água e aqueça. Observe. 9. No tubo 4, coloque um pouco de açúcar e água e misture. Observe. 10. No tubo 5, adicione 1 mL (20 gotas) de solução de hidróxido de sódio (NaOH) e algumas gotas

4

de fenolftaleína. Observe. Guarde este tubo para o próximo teste. 11. No tubo 5, goteje o vinagre branco. Observe.

5

12. O restante das soluções de hidróxido de sódio e fenolftaleína deve ser acondicionado em embalagens limpas, fecha-

das e devidamente rotuladas, para reutilização em outras atividades práticas.

Destino dos resíduos

6

1. Os resíduos desta atividade podem ser descartados no sistema de coleta de esgoto. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

2. No tubo 5, deve-se adicionar vinagre até que a cor da fenolftaleína desapareça por completo antes

de descartar seu conteúdo.

Análise de dados 1. Considerando os fenômenos observados, indique em quais dos procedimentos realizados houve indícios de formação

de novas substâncias. Justifique a resposta. 2. Procure relacionar as transformações observadas com outras situações da sua vida diária.

A todo instante ocorrem transformações à nossa volta. Você já viu que muitas dessas transformações são processos físicos, como o ocorrido quando

uma lata de alumínio é prensada, que não mudam a natureza do material. Mas, pegue uma lata de ferro sem pintura e deixe-a alguns dias em ambiente

úmido para ver o que acontece. Ela será oxidada, ou seja, enferrujará. A ferrugem é uma substância que tem propriedades bem diferentes do metal srcinal. Ou seja, no enferrujamento há formação de novas substâncias. As transformações desse tipo são chamadas transformações químicas ou reações químicas. Podemos dizer, então, que:

Transformações químicas são processos em que há formação de novas substâncias. As substâncias iniciais são chamadas reagentes e as substâncias formadas são chamadas produtos. A característica central das reações químicas está na formação de novas substâncias, portanto, a sua identificação está no reconhecimento de formação de uma nova substância. Vejamos no quadro a seguir, exemplos clássicos de mudança de propriedades que caracterizam a formação de nova substância e contraexemplos de mudanças que não correspondem a uma reação química. 13

7

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c

EXEMPLOS E NÃO EXEMPLOS DE REAÇÕES QUÍMICAS Exemplo de reação química Exemplo Evidência

Variação de propriedade

n â t s b u S

Efervescência (reação que produz um gás no meio de um líquido) de comprimidos efervescentes, na adição de sal de frutas na água ou na reação de ácidos com metais ou com carbonatos ou bicarbonatos.

I O L U ÍT P A C

Formação de gás

Substância nova que, na temperatura ambiente, encontra-se no estado gasoso, como o gás carbônico produzido nas reações de comprimidos efervescentes e nas reações de carbonatos, ou o gás hidrogênio produzido na reação de ácidos com metais.

Mudança de cor

Mudança de temperatura

Mudança de estado com aumento de temperatura, como o aquecimento da água (há produção de vapores de água, sem formar uma nova substância.

tit u m e D ly e H

C X S / st e W l ie n a D

Ferrugem, escurecimento de frutas, palha de aço em solução aquosa de sul- A coloração da substância depende da fato de cobre, escurecimento de filme sua composição química. fotográfico.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Não exemplo de reação química

Diluição de permanganato de potássio em água ou de sal em água (mistura entre o sólido e o líquido) tit u m e D ly e H

a r o it d e a d vo i u rq A

A liberação de calor significa que mu- Aquecimento de um metal (aumendou a composição química para uma Combustão, reação da cal com água. substância com arranjo químico de me- ta a temperatura não espontaneamente, mas pelo calor fornecido). nor energia. a r

a r id to e a d o iv u q r A

ito d e a d o vi u q r A

Substância nova que, na temperatura Precipitação (formação de sólido em ambiente, encontra-se no estado sólido Adição de sal a uma solução salina meio líquido) no borbulhamento de gás e é pouco solúvel em água, como o car- (o excesso de sal que não se dissolem água de cal. bonato de cálcio produzido na reação ve se precipita). do gás carbônico com óxido de cálcio. tti u m e D ly e H

Formação de sólido

Queima de vela.

it t u m e D ly e H

A liberação de luz significa que mudou Acender uma lâmpada (emissão de a composição química para uma subs- luz por efeito elétrico). Em alguns tância pode haver reação química energia.com arranjo químico de menor casos paralela.

Produção de luz

tit u m e D ly e H

C X S /l a k o C t a r u M

14

Reações químicas acontecem em nosso corpo o tempo todo. A partir dos nutrientes contidos nos alimentos ingeridos, ele produz diversas substâncias que farão parte da constituição de nossas células. Outras reações químicas estão presentes no cotidiano: no cozimento dos alimentos, na queima de combustíveis, na produção ou degradação de materiais dos mais di versos etc. Muitas dessas reações são lentas, como enferrujamento de portões, e outras são rápidas, como a combustão. Ás vezes precisamos controlá-las para que não sejam tão rápidas (incêndios) e nem tão lentas (cozimento de alimentos). É por meio de reações químicas que obtemos diferentes materiais a serem utilizados em nossas atividades. É também a partir das reações químicas que adquirimos energia para diferentes atividades, como transporte, preparação Na reação do ferro com o oxigênio surde alimentos e até mesmo realização de outras reações químicas. ge uma nova substância: o óxido de ferro No entanto, a partir dessas que realizamos no planeta, diminuímos as quantidades dastransformações substâncias utilizadas como reagentes e (ferrugem). aumentamos as quantidades das que srcinam os produtos. Como diminuímos as quantidades de determinadas substâncias e materiais e aumentamos as quantidades de outras,odemos p dizer que estamos mudando o estado do planeta. Quais as consequências dessa mudança de est ado global? Embora haja muitas previsões, especulações e até mesmo constatações, não sabemos ao certo o que pode acontecer. Daí a necessidade urgente de reduzirmos o ritmo dessas transformações. Por isso, entre outros motivos, o estudo da Química é fundamental em nossas vidas. Afinal, vivemos em uma sociedade tecnológica em que a quase totalidade dos materiais utilizados é obtida por meio de processos químicos. Vamos, a seguir, estudar um pouco como a Química está inserida nesse mundo tecnológico. ck o str e tt u h /S a n zi e r B o vI

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

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3 Química – tecnologia – sociedade ck o t rs e tt u h /S in sh ya l p i T ly to a n A

O químico, profissional especializado, analisa diversas substâncias em laboratório.

D

a mesma maneira que podemos dizer que a Química começou a se desenvolver a partir de técnicas primitivas de domínio do fogo, é PARE E PENSE possível considerar que a tecnologia nasceu quando o ser humano descobriu Como a Química tem influenciado a que podia fazer ferramentas a partir de diferentes materiais, tais como paus, sociedade? O que você entende por ossos e pedras. Modernamente, o conceito de tecnologia está associado ao tecnologia? conhecimento especializado para produzir e aprimorar bens de consumo (alimentos, roupas, cadeiras, televisores etc.), mercadorias (produtos químicos, ferramentas, máquinas etc.) e serviços (tratamento odontológico, construção civil etc.), geralmente em processos industriais que envolvem máquinas e grandes Todas as tecnologias organizações. Essa tecnologia moderna teve desenvolvimento acelerado após amais avançadas, como a Revolução Industrial, por causa da introdução de novos modelosde produção robótica , são derivadas de conhecimentos da estrutura e de exploração da natureza. dos materiais. Esses modelos foram, pouco a pouco, substituindo o trabalho dos artesãos. A troca gradativa do trabalho humano pela máquina reduziu custos e aumentou a produção. Esperava-se que a industrialização diminuísse o tempo de trabalho humano, liberando as pessoas paradesenvolver mais atividades culturais e de lazer. 15

k c trs o e tt u h S /r e lk a tw a C

s e õ ç a rm o fs n a tr

Será que tudo isso aconteceu? O que você acha? Por quê? De fato, o modelo tecnológico atual tem uma contradição: ao mesmo tempo em que contribui para a melhoria da qualidade de vida também traz diversos problemas para a sociedade. Ao longo desta coleção, discutiremos uma série de questões relativas a esse modelo de desenvolvimento e as relações entre a Ciência Química e nossa sociedade. Veja um pouco mais sobre a tecnologia.

s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

Tecnologia: fruto da Ciência e da sociedade O conhecimento tecnológico e o científico são intimamente ligados. Com o avanço do conhecimento acerca da estrutura dos materiais, por exemplo, é possível todo incríveis, um aparato tecnológico processar informações por meio de gerar máquinas conhecidas comopara computadores. k c to rs e tt u h S

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Os primeiros computadores chegavam a ocupar uma sala inteira. O desenvolvimento dos chips , minúsculos circuitos eletrônicos que substituíram as válvulas, possibilitou a redução contínua do tamanho dos computadores e o aumento da capacidade de processamento.

Hoje, todos dependem do computador. O trânsito das grandes cidades, os caixas de supermercados, a contagem de votos em uma eleição, as transmissões

A cada dia são lançados n ovos materiais de limpeza. Alguns têm novas formulações e são mais eficientes. Outros são iguais aos existentes, mas com embalagens novas e mais bonitas. Cuidado com esse truque de marketing!

ck to rs e tt u h S / s e g a Im a u d O

de TV e até mesmo o fornecimento de água e luz são exemplos de atividades controladas por computadores. Enfim, os computadores provocaram uma verdadeira revolução na vida das pessoas: mudaram hábitos, relações de trabalho nas empresas, relacionamento humano e até formas de lazer. Todo esse desenvolvimento tecnológico surgiu devido, entre outros fatores, às novas necessidades humanas e está associado também ao desenvolvimento científico. A partir, por exemplo, do conhecimento das propriedades dos materiais, foi possível produzir novos materiais com uma infinidade de aplicações na medicina, na agricultura,na engenharia e até mesmo em nossas residências. A grande quantidade de materiais que surge diariamente, por sua vez, tem sido projetada conforme as exigências de consumo da população. Muitas vezes, porém, em vez de a sociedade determinar quais são os bens de consumo (mercadorias e serviços) de seu interesse, as próprias empresas criam, por meio da mídia, necessidades de consumo de produtos, os quais poderiam ser considerados supérfluos e que são consumidos com o se fossem essenciais. Pode-se dizer que a Ciência avança também em função das necessidades geradas pela sociedade. Muitas pesquisas se desenvolvem na tentativa de solucionar problemas sociais, como a Aids, a desnutrição, a falta de energia, a poluição etc. Por sua vez, o aperfeiçoamento tecnológico contribui para o desenvolvimento da Ciência. Cálculos que os cientistas, às vezes, levavam dias para realizar, atualmente, graças aos computadores, são feitos em alguns minutos. Esses mesmos computadores permitem que os químicos 16

da atualidade projetem e modelem materiais pulando diversas etapas, antes feitas em bancadas de laboratórios. A Ciência, a tecnologia e a sociedade têm caminhado na busca de soluções de grandes problemas. No entanto, as transformações geradas também têm provocado consequências desastrosas ao equilíbrio no planeta.

1

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A Química na sociedade 3

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k c o t rs e tt u h S / y a K ivd a D

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

6

O desenvolvimento da agroindústria assoA vida em si já é um fantástico processo químico, no qual transformações de substâncias nos permitem andar, pensar, sentir, viver. As diversas sensações ciado ao uso de maquinários especiais aumenbiológicas, como dor, cãibra e apetite, e as diversas reações psicológicas, tou a produtividade agrícola , mas trouxe como medo, alegria e felicidade, estão associadas às substâncias presentes também sérios problemas ambientais. no organismo. O nosso corpo é um verdadeiro laboratório de transformações químicas. PARE E PENSE Estudar Química possibilita-nos compreender não só os fenômenos naturais, como também entender o complexo mundo social em que vivemos. Debata com os colegas os efeitos da Química na sociedade. VoA Química tem garantido ao ser humano uma vida mais longa econfortável. cês acham que ela deve ser vista O seu desenvolvimento permite a busca para solução de problemas ambientais, o tratamento de doenças antes incuráveis, o aumento da produção agrícola, como causadora dos problemas ambientais? a construção de prédios mais resistentes, a produção de materiais que possibilitam a confecção de novos equipamentos etc. Tudo isso se deve aos estudos de propriedades dos materiais, como veremos na próxima seção. Por exemplo, a substituição de peças metálicas por plásticos nos automóveis trouxe maior economia de combustível e maior segurança, pois os plásticos são menos densos e maleáveis do que os metais.

Materiais plásticos foram utilizados para substituir diversas peças metálicas dos carros antigos, permitindo maior leveza aos automóveis, menor consumo de combustível, maior velocidade, mais conforto e segurança.

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9917/

Sh u t t

e r s to

w p i xe l/ S h u t t e r s

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ck

k c o stre tt u h S / ve fsi c P

Ra t o ck

A síntese do náilon revolucionou a indústria têxtil, permitindo uma diversificação na produção de roupas, apropriadas a diferentes tipos de clima, tipos de serviço profissional e até mesmo estilo de moda. 17

A produção de medicamentos, com base em estudos da química de produtos naturais (ramo da Química responsável pelo isolamento e determinação da estrutura de substâncias de srcem natural), tem evitado a morte prematura de milhares de pessoas.

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s e õ ç a rm o fs n a tr

Contudo, o progresso tem um preço e está associado a uma infinidade de desequilíbrios ambientais. Vazamento de gases tóxicos, contaminação dos rios e do solo e envenenamento por ingestão de alimentos contaminados, entre outros, são problemas divulgados, todos os dias, pela imprensa, como os das manchetes das reportagens a seguir.

s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

Anvisa suspende a venda de condicionador para cabelos com formol

ck to rs e tt u h S

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Vacina contra o HIV – Cientistas anunciam novo composto

O motivo é o laudo de exame feito pelo Instituto Adolfo Lutz, de São Paulo, indicando que os dois lotes do reconstrutor de fios contêm teor de formaldeído acima do limite permitido na legislação vigente. De acordo com o Instituto Nacional do Câncer (Inca), a substância, também conhecida como formol, é tóxica e tem potencial cancerígeno. Por isso, resolução da Anvisa de 2009 proíbe sua venda em estabelecimentos comerciais.

Em um novo avanço contra o vírus HIV, cientistas do The Scripps Research Institute (TSRI) – anunciaram a criação de um medicamento poderoso e universalmente eficaz, que pode funcionar melhor que uma vacina convencional. O estudo mostra eficácia contra os vírus HIV1, HIV-2 e SIV (vírus da imunodeficiência de símio), que foram isolados a partir de seres humanos e macacos. O estudo também revela que a vacina, protege contra as altas doses de vírus que ocorrem na maioria das transmissões humanas. “O nosso composto é o inibidor de entrada mais amplo e potente descrito até agora” , afirma Michael Far-

Notícia extraída do Diário Gaúcho de 13/11/2015

zan, professor TSRI que liderou a pesquisa. Fatos como o listado acima , no lado esquerdo, têm feito um mal danado à reputação da Química , quando deveriam apenas alertar para sua má utilização. Essa imagem tem sido tão forte que, muitas vezes, as pessoas não dão importância para as notícias positivas, como a apresentada acima, no lado direito, que também são frequentemente veiculadas na imprensa. Por exemplo, todos conseguem se lembrar, com facilidade, do acidente radioativo com o césio-137, mas poucos se recordam das milhares de pessoas que tiveram a vida prolongada graças ao tratamento com césio-137.

Notícia extraída do site Ciência e Tecnologia, disponível em: . Acessado em 2 maio de 2016 de 2015.

Na verdade, o que as manchetes apresentadas anteriormente revelam é o paradoxo do desenvolvimento científico e tecnológico, que tanto traz benefícios para a sociedade, como também riscos para a própria sobrevivência humana. Já mencionava o conhecido cientista Albert Einstein [1879-1955]: “A Ciência não tem sentido senão quando serve aos interesses da humanidade”. No entanto, quantas vezes a Ciência, em nome de interesses econômicos e políticos, é utilizada em guerras tecnológicas? Quantas vezes, em nome do desenvolvimento, enriquece pequenos grupos de pessoas, sem gerar benefícios para a sociedade como um todo e ainda causando catástrofes ambientais? Quantos realmente têm acesso aos benefícios do desenvolvimento científico e tecnológico, em um planeta no qual a maior parte da população vive abaixo da linha da pobreza? Com a finalidade de mudar essa situação, todos nós, cidadãos, deveríamos buscar desenvolver ações na sociedade que contribuam para que as aplicações da Ciência e da tecnologia possam proteger a vida da nossa e das futuras gerações e propiciar condições, a fim de que todos tenham acesso a seus benefícios. 18

ck o str e tu h S

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Classifique os testes que você fez no ex perimento anterior,

3) Um produto alimentício considerado natural sofre somente transformações físicas para ser produzido.

em Atividade Experimental , em função da transformação ocorrida, como química ou física. 2. No teste do tubo 1 do experimento anterior, o gelo se transformou em água e, no teste do tubo 3, a água se transformou em vapor. Nos testes dos tubos 2 e 4, também houve o aparecimento de um novo estado de agregação. Com base nas observações, comente se o surgimento de um novo estado de agregação é indicador preciso de reação química.

4. 5. 6.

2

9. O estudo central da Química baseia-se nas reações químicas. Por isso, dizemos que a Química é a Ciência que estuda as transformações das substâncias. O grande desafio do químico está em desenvolver métodos de obtenção de novas substâncias que possam, entre outras coisas, propiciar a fabricação de materiais para reduzir o tempo de trabalho das pessoas ou melhorar sua qualidade de vida. Com relação às transformações das substâncias, julgue os itens marcando C para os corretos eE para os errados. 1) A palha de aço úmid a, com o passar do tempo, de a cinzentada torna-se avermelhada, o que indica a oco rrência de um fenômeno químico. 2) Uma lata de alumínio, depois de amassada e descartada, enferruja com o passar do tempo, pois sofre uma transformação física. 3) O nosso organismo sintetiza, com base em substâncias contidas nos alimentos ingeridos, milhares de outras substâncias que vão fazer a constituição das nossas células. Essas transformações são certamente químicas. 4) O papel é um material reciclável. Devido a algumas facilidades desse processo, papelão, papéis de todo tipo e de toda cor podem ser reciclados. A mudança de cor

Classifique as possíveis transformações, apresentadas a 3. seguir, em físicas ou químicas:

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1

a) Sobras de alimentos transformados em adubo. b) Garrafas de vidro reutilizadas para acondicionar novos materiais. c) Frascos de vidro reciclados para obtenção de novos frascos e garrafas. d) Reciclagem de latas de alumínio. e) Queima de madeira em uma fogueira. Com relação às transformações acima, em qual(is) você pode afirmar que houve a formação de novas substâncias ? Justifique a resposta. A todo instante estão ocorrendo transformações à nossa volta. Dê exemplos de outras reações químicas que você identifica no dia a dia, além das citadas na questão 3. Os efeitos maléficos do lixo podem ser classificados por: a) Agentes físicos: caso do lixo acumulado às margens de curso de água ou de canais de drenagem e em encostas, provocando assoreamentos e deslizamentos. b) Agentes químicos: poluição atmosférica causada pela queima de lixo a céu aberto, a poluição do solo e a contaminação de lençóis de água por substâncias presentes no lixo. Com base no conceito de transformação física e química, diferencie os agentes físicos dos químicos. Classifique os processos a seguir em físicos e químicos e justifique. a) Produção siderúrgica de aço com base no minério de ferro. b) Produção de peças de automóveis com base no aço fabricado em metalúrgicas.

desses materiais nas etapas de reciclag em é uma transformação química. - adaptado) Julgue os itens a seguir, marcando C 10. (UnB-DF para os corretos e E para os errados.

1) As reações químicas são definidas como processos artificiais. 2) As reações química s em um sistema podem ser identificadas pela mudança de propriedades físicas desse sistema. 3) A transformação química é caracterizada pela impossibilidade de se obter novamente as substâncias iniciais. 7. 11. O uso da palavra “tecnologia” é cada vez mais comum em nosso dia a dia. O que você entende por tecnologia? 12. Como a Ciência influencia a tecnologia? 13. Como os computadores mudaram os hábitos das pessoas, as relações de trabalho nas empresas, o relacionamento humano e as formas de lazer? 8. A Química está tão presente na vida humana, que é difícil imaginar a vida sem ela. Os produtos químicos têm inúmeras 14. Procure lembrar-se de exemplos de descobertas químicas que alteraram os hábitos de vida das pessoas e escreva um aplicações, entre as quais se ressalta fabricação dos compupequeno parágrafo sobre o tema. tadores, que constituem a revolução dos tempos atuais. Considerando a presença da Química no cotidiano, julgue os itens 15. O desenvolvimento da Química permitiu um aumento da expectativa e da qualidade de vida das pessoas. Por que ena seguir, marcandoC para os corretos eE para os errados. tão dois terços da população do planeta estão sujeitos às 1) Apesar dos benefícios que os produtos químicos trazem para doenças, cujo controle já é de domínio da Ciência, moram em a indústria, deve-se evitar a ingestão de quaisquer deles. residências sem as condições mínimas de habitação e não têm 2) Um aquário com muitos peixes deve ter sua água borbuacesso à alimentação mínima exigida pelos padrões de saúde? lhada com ar para repor o oxigênio que os peixes consomem. Nesse sistema, ocorrem tanto transformações 16. Comente sobre os eventos que seriam os responsáveis pefísicas como químicas. los problemas ambientais decorrentes do uso da Química. 19

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s e õ ç a rm o fs n a tr

4 Propriedades das substâncias k c o ts r e tt u h S /s n io ct u d o r P a yd S

s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

Os químicos observam e medem atentamente diversas propriedades das substâncias em laboratórios. Um dos recipientes muito utilizados no laboratório é o béquer.

identificação da ocorrência de transformação química se dá pela constatação da formação de novas substâncias, que vão apresentar propriedades específicas diferentes das propriedades das substâncias iniciais. Mudanças de cor, formação de precipitados, liberação de gases, alteração de temperatura, são indícios que os químicos utilizam para constatar aocorrência de reações. Em alguns casos, essas e outras transformações podem ser nítidas como as chamas de uma fogueira. Em outros, pode ser de difícil percepção como a chama incolor do metanol. É comum oquímico agir como um detetive à procura de provas que confirmem ou contestem suas hipóteses. Os químicos criminalísticos representam a junção dessas duas formas de investigação, trabalhando com os materiais encontrados pela perícia. Como verdadeiros detetives, os químicos trabalham nos laboratórios, identificando os materiais por meio de suas propriedades. Ao determinar as propriedades, eles podem, por exemplo, identificar acomposição de alimentos e medicamentos. Conseguem também investigar a existência de substâncias tóxicas ou de adulterações.

A

PARE E PENSE

O que significa o termo: propriedade?

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Na atividade seguir,materiais. você teráAntes a chance de aprender a identificar as propriedades de aalguns de prosseguir a leitura, realize-a.

Construção do Conhecimento 1. Observe os pares de materiais apresentados nas fotos a seguir e responda. Quais são as diferenças? 2. Copie no caderno a tabela a seguir e, com base em suas análises, complete-a: tit u m e D ly e H

ck to rs te t u h S

Sal e açúcar.

Materiais Álcool água e

i tt u m e D yl e H

Anéis de ouro e de prata.

Objetos de cobre e alumínio.

tit u m e D ly e H

tit u m e D ly e H

Água e álcool.

DIFERENÇA VISUAL ENTRE MATERIAIS D i fer en ç a Não há

zzzzzzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

Essas propriedades, observadas pelos nossos sentidos, são denominadas propriedades organolépticas. Sobre elas, responda: 3. Será que sempre poderemos utilizar propriedades organolépticas para diferenciar os materiais? Por quê? 4. Será que podemos utilizar as propriedades organolépticas para separar os componentes do lixo? Justifique a sua resposta. 5. No caso de substâncias desconhecidas, como podemos diferenciá-las? 20

Propriedades químicas e físicas

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

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Os materiais apresentados na tabela da atividade anterior podem ser diferenciados por meio de propriedades que percebemos utilizando os sentidos. Assim, podemos distinguir um anel de ouro de um de prata simplesmente pela cor. Para isso, utilizamos a visão. Podemos distinguir a água do álcool utilizando o olfato. E qualquer criança é capaz de diferenciar o açúcar do sal colocando uma pitada de cada um deles na boca, ou seja, por meio do paladar. Podemos, ainda, descobrir se um objeto é de alumínio ou de aço inox pelo brilho característico deste último. Essas propriedades percebidas pelos sentidos são chamadaspropriedades organolépticas. Apesar de bastante úteis, as propriedades organolépticas nem sempre podem ser aplicadas pelo químico, pois muitos materiais são potencialmente tóxicos. Por isso, preste atenção: NUNCA cheire nem coloque na boca materiais de laboratório e dos experimentos. Eles podem ser tóxicos e prejudiciais à saúde. Em um laboratório, todo cuidado é pouco. Mesmo substâncias conhecida s, como o açúcar, podem estar contaminadas com substâncias tóxicas. No dia a dia, também devemos tomar muito cuidado com substâncias desconhecidas. Como não sabemos se são tóxicas, não devemos tocá-las, cheirá-las ou prová-las. Nos laboratórios, os químicos utilizam as propriedades químicas ou físicas, e não as organolépticas, para identificar as substâncias. As propriedades químicas são aquelas relacionadas às transformações químicas das substâncias, ou seja, que são observadas e medidas quando comparadas com outras substâncias. Uma substância pode ser, por exemplo: Combustível – o álcool reage com o oxigênio do ar; a água, não. Oxidável – uma barra de ferro oxida em contato com a umidade; muitas frutas oxidam ao contato com o ar. Uma joia de ouro praticamente não oxida; Explosiva – o gás hidrogênio pode explodir; o gás nitrogênio, não. Corrosiva – ácidos corroem metais; óleos, não. Efervescente – o mármore libera gás quando em contato com ácido clorídrico, o quartzo não.

PARE E PENSE 2

Será que sempre poderemos utilizar propriedades organolépticas (identificadas pelos sentidos) para diferenciar os materiais? Por quê? Será que podemos utilizar as propriedades organolépticas para separar os componentes do lixo? Justifique a sua resposta. E, no caso de substâncias desconhecidas, como podemos diferenciá-las ?

4

5

6 tit u m e D ly e H

7

Os produtos potencialmente perigosos trazem, nas embalagens, alertas e cuidados que se devem ter ao utilizá-los.

Já as propriedades físicas dizem respeito às características inerentes às substâncias, ou seja, características particulares que independem de transformação em outra substância. A densidade, a cor, as temperaturas de fusão e de ebulição e a condutividade térmica ou elétrica são alguns exemplos de propriedades físicas. Lembramos que nem todas as propriedades permitem a identificação de substâncias. Algumas propriedades são comuns a diferentes materiais e, por isso, são denominadas propriedades gerais. Por exemplo, massa e volume são duas propriedades intrínsecas da matéria e que não diferenciam um material de outro. Em outras palavras, não se pode identificar um material pela informação de que ele tem massa de 1 quilograma ou o volume de 1 litro. Esse aspecto não identifica de que material se trata, pois qualquer A efervescência é um exemplo de prosubstância pode ter essa massa ou esse volume. priedade química. 21

3

k c o ts r e tt u h S / o i d u t S a ci rf A

s e õ ç a rm o fs n a tr

Vale lembrar que a uma propriedade (característica) de algo do universo físico que pode ser medido chamamosgrandeza. Como massa e volume são propriedades que podem ser medidas, são chamadas grandezas. A medida de massa, por exemplo, é feita com o auxílio de balanças. É o que fazemos, por exemplo, quando subimos em uma balança de farmácia: compara-se a quantidade que se tem de matéria em relação a um padrão que equilibra a balança. O padrão internacional de unidade de massa empregado atualmente é o quilograma (kg).

s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

As propriedades que permitem a identificação de substâncias são chamadas

propriedades específicas. Vamos ver mais adiante exemplos de propriedades específicas e como elas podem identificar as substâncias. i tt u m e D yl e H

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Densidade

Água e gelo.

Álcool e gelo.

Dê uma olhada nas imagens ao lado. Elas apresentam o que acontece quando colocamos cubos de gelo em um copo com água e, em outro, com álcool (etanol). Se você quiser, pode repetir em casa, tomando cuidado ao manipular o álcool, que é inflamável. Por que o gelo se comporta de maneira diferente quando mergulhado nos diferentes líquidos mostrados nas imagens? O que você imagina que pode acontecer se misturarmos em um único copo a água e o álcool e depois adicionarmos o gelo? Consulte as normas de segurança no laboratório, na última página deste livro.

Atividade Experimental

Por que os materiais afundam ou flutuam? O experimento a seguir pode ser realizado em grupo, na escola ou em casa. Ele serve para que você aprenda a distinguir diferentes materiais usando uma propriedade que está relacionada à flutuação de objetos em líquidos.

Materiais it t u m e D yl e H

Proveta de 200 mL Água Uma pequena peça de material plástico Xarope de groselha Um pedaço de metal (prego, parafuso, porca etc.) Um pedaço de isopor ou cortiça Prego e proveta, cortiça e água, Óleo de soja peça de plástico e óleo de soja, uva Uma uva (de preferência uva itália) e xarope de groselha.

Procedimento 1. Em uma proveta (ou em um recipiente transparente e comprido), coloque xarope de groselha até atingir um quar

to

de altura. Antes de prosseguir, responda no seu caderno: O que acontecerá ao adicionarmos o óleo na proveta? 2. Adicione o mesmo volume de óleo de soja. Antes de prosseguir, responda no seu caderno: Onde a água vai se posicionar em relação ao xarope e ao óleo? 3. Acrescente a seguir, lenta e cuidadosamente, o mesmo volume de água. Antes de prosseguir, responda no seu caderno: Onde cada material vai se posicionar em relação aos líquidos? 4. Adicione, nessa sequência, os seguintes objetos: um pedaço de metal, uma uva, uma pequena peça de material plástico, um pedaço de isopor ou cortiça. 22

5. Se for possível em sua escola, meça o volume e a massa dos materiais apresentados na tabela a seguir .

1 it t u m e D ly e H

Lembre-se de que o volume é uma grandeza correspondente ao espaço que a matéria ocupa. No caso de sólidos regulares, o volume pode ser calculado a partir da medida das dimensões, considerando-se as relações geométricas e que 1 cm 3 corresponde a 1 mL. No caso de líquidos, util izam-se instrumentos volumétricos graduados, como uma proveta. Para o caso de sólidos irregula res, é possível determinar o volume pelo método de deslocamento de volume de um líquido, geralmente água (veja foto a seguir).

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3

Por que será que materiais diversos flutuam de forma diferente?

4

Muitos sólidos podem ter o volume medido pelo deslocamento de líquidos . O volume da pedra será igual ao volume de água deslocado, ou seja, à diferença entre o volume final e o inicial.

i tt u m e D yl e H

ti u m e D ly e H

5

6. Reproduza no caderno, substituindo os valores indicados e completando os demais itens solicitados. Caso você

6

não possa obter os dados, utilize o que é fornecido pela tabela a seguir. DADOS DE MASSA E VOLUME DE DIFERENTES MATERIAIS D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Material

Massa(m)

Volume(V )

10,0g 29,2g 48,9g 9,37g

10,0mL 30,0mL 50,0mL 10,0mL

18,74 g 10,58g 31,2g

20,0 mL 9,3mL 27,5mL

Água líquida Óleo 1uva 3uvas

m–V

m+V

mV·

m/ V

z z zz z

zz z zz

z zz z z

z z z zz

z z zz z

zz z zz

z zz z z

z z z zz

z z zz z

zz z zz

z zz z z

z z z zz

z z zz z

zz z zz

z zz z z

z z z zz

z z zz z

zz z zz

z zz z z

z z z zz

z z zz z

zz z zz

z zz z z

z z z zz

z z zz z

zz z zz

z zz z z

z z z zz

Destino dos resíduos 1. Os resíduos líquidos desta prática podem ser descartados no sistema de esgoto. 2. O óleo de soja não deve ser descartado na pia. Ele pode ser estocado e utilizado posteriormente na mesma

prática ou utilizado para fazer sabão. 3. A uva deverá ser descartada em coletor de lixo orgânico. Os demais sólidos (isopor ou cortiça, plástico e metal) devem

ser lavados com sabão e guardados para uso futuro.

Análise de dados 1. Desenhe, no caderno, os materiais e a sua disposição na proveta. 2. Por que os materiais ficaram dispostos da forma observada? 3. Será que se adicionarmos os materiais em ordem diferente a disposição será ou-

tra? Justifique. 4. Faça um gráfico de massa X volume, com os dados da água que você obteve no 5. 6. 7. 8. 9.

PARE E PENSE

Qual é a unidade da grandeza

densidade? laboratório ou com os informados na tabela fornecida no procedimento. O que é possível observar nos dados obtidos na tabela e no gráfico construídos? Que coluna apresenta dados que não dependem da quantidade de amostra? Qual cilindro da figura do início da próxima página tem massa maior, o de alumínio ou o de cobre? Por quê? Qual dos dois metais é mais denso, o alumínio ou o cobre? Por quê? Que metal vai ocupar maior volume, 1 kg de alumínio ou 1 kg de chumbo? Por quê? 23

7

s e õ ç a rm o fs n a tr

tit u m e D yl e H

s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

i tt u m e D yl e H

Dois cilindros de mesmo volume, sendo o da esquerda de cobre e o da direita de alumínio. PARE E PENSE

Que metal vai ocupar maior volume, 1 kg de alumínio ou 1 kg de chumbo? Por quê? D L N P O Ã Ç A G L U IV D

it t u m e D ly e H

Se analisarmos a tabela do experimento, apresentada na página anterior, vamos observar que os valores de massa e volume de cada material podem variar em função da quantidade, mas a razão entre esses valores (m/V) será constante. Os dados da tabela nos indicam também que podemos ter uma mesma massa ou um mesmo volume para diferentes materiais, mas a razão entre a massa e o volume será diferente. Como já vimos, massa e volume são propriedades gerais da matéria, ou seja, são propriedades que qualquer material tem em função da quantidade. Já a razão entre a massa e o volume de um objeto depende do material do qual é feito, ou seja, é uma propriedade específica de cada substância, à qual se dá o nome densidade. Por ser uma propriedade específica que expressa uma relação de medidas, adensidade é considerada uma grandeza.

Densidade é uma grandeza que expressa quanto há de massa por unidade de volume de dado material. Para calcular a densidade de um material utiliza-se, então, a equação: d =

m V

em que d representa a densidade,m a massa e V o volume. Observe que toda grandeza é representada por um número seguido de uma unidade de medida (padrão de medida: metro, polegada, milha etc.). O número representa quantas vezes nossa grandeza é maior que o padrão. No caso da densidade, a unidade será sempre uma grandeza de massa (grama ou quilograma) por unidade de volume (cm 3 ou mL, 1 mL = 1 cm 3). A densidade dos materiais varia de acordo com a composição. Por isso, os químicos usam os valores da densidade para determinar a qualidade de alguns produtos que são consumidos pela população em geral. É o caso do controle de qualidade do leite, um material que contém várias substâncias. O leite produzido pelas vacas e utilizado para o consumo humano tem densidade que varia em uma faixa limitada. A adição de água ou de outras substâncias altera a densidade do leite. Essa adulteração pode ser identificada pelo uso de um densímetro, equipamento específico para medir densidade de líquidos. A determinação da densidade é empregada também para o controle de qualidade do álcool combustível. De acordo com especificações da Agência Nacional de Petróleo (ANP), o álcool combustível comercializado nos postos 3 deve apresentar valor de densidade entre 0,805 e 0,811 g/cm , que pode ser verificado por meio de diferentes dispositivos transparentes, que selocalizam ao

lado das bombas de combustível. Em um tipo desses dispositivos, encontramse duas esferas de densidades definidas, posicionadas de maneira diferente

Os densímetros das bombas de álcool combustível medem a densidade, de modo que o consumidor vai identificar se o combustível foi adulterado.

do recipiente. Quandodas se bolas adultera o álcool combustível, densidade édentro modificada, e as posições sofrem alterações. Dessaamaneira, fica fácil para o consumidor observar se o álcool está fora de padrão, já que existem instruções ao lado do recipiente sobre a padronização da densidade. A densidade é uma propriedade empregada na separação de materiais, por exemplo, na separação de diferentes tipos deplásticos, conforme veremos nos próximos capítulos. É também graças àdensidade, que os automóveis ficaram mais leves com a substituição depeças metálicas. Você saberia explicarporque? 24

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO. 1

17. Calcule, com base nos dados da tab ela abaixo, a densidade

a) d)

dos seguintes materiais: MEDIDAS DE MASSA E VOLUME DE DIFERENTES MATERIAIS Material

Mass a

13,6g

10,0mL

Metal(alumínio)

13,19g

5,0cm

2,85 g 6,16 g

423,0 cm

3

0,97 g 75,4 g

2,0 cm **

3

Cubo de alumínio com 2 cm de aresta

21,6 g

3

***

Os valores apresentados na tabela são referentes às amostras específicas. Outras amostras podem apresentar diferentes resultados. ** Calcule o volume da esfera (V = 4/3 πr3) *** Calcule o volume do cubo (V = a3) D L N P O Ã Ç A G L U IV D

c) 4 800 g. 2

Densidade (g/cm 3) à temperatura ambiente

3

Alumínio 2,7 Bambu 0,31–0,40 Carvão 0,57 Osso 1,71,8 – Ao adicionar à água pura, à temperatura ambiente, pedaços de cada um desses materiais, observa-se flutuação apenas de: a) Alumínio. b) Alumínio e osso. c) Bambu. d) Bambu e carvão. e) Carvão e osso. 25. (Unicamp-SP) Dois frascos idênticos estão esquematizados abaixo. Um deles contém uma certa massa de água (H2O) e o outro, a mesma massa de álcool (CH3CH2OH).

3

Isopor Cortiça Esfera de aço de raio igual a 2 cm

1,0 cm

Material

Cubo de plástico com 1 cm de aresta

b) 3 200 g. e) 7 400 g.

24. (Fuvest-SP)

Volume

Xaropedegroselha

2 g. 500 6 500 g.

ji u Y .J

18. Quando jogamos uma pequena e leve pedra num rio, ela imediatamente afunda. Entretanto, se jogarmos um grande e pesado tronco de árvore em um rio, ele flutuará. Como podemos prever a flutuação ou não de um material em água? 19. Sabendo que o ferro possui densidade maior do que a da água, como é possível que um barco ou m esmo um grande navio feito de chapas de aço (liga de ferro) flutue?

20. Qual é a densidade de uma chapa de aço de 1 m2 de área

A

B

água

álcool

Dado: Usando-se uma bolinha de densidade adequada, fez-se o experimento acima. Qual das substâncias está no frasco A e qual está no frasco B? Justifique. 26. Para se determinar a densidade d e um sólido irregular, cuja massa é conhecida, deve-se mensurar o volume colocando água em um recipiente graduado, mergulhando o sólido e medindo-se o deslocamento do volume. A diferença entre o volume final e inicial é o volume do sólido. Com base nessas informações, calcule a densidade de um sólido irregular cuja massa é de 32,5 g e que ao ser mergulhado em um cilindro de 150 mL de água, o volume foi deslocado para 153,09 mL. a) 0,216 g/mL. b) 0,212 g/mL. c) 10,517 g/mL. d) 4.875 g/mL. 27. Considere que os três frascos, a seguir, contêm água, cuja densidade é igual a 1,0 g/cm³.

por 1 cm de espessura que pesa 55 kg? 21. (Unicamp-SP) Três frascos de vidro transparentes, fechados, de formas e dimensões iguais, contêm a mesma massa de líquidos diferentes. Um contém água; o outro, clorofórmio; e o terceiro, etanol. Os três líquidos são incolores e não preenchem totalmente os frascos, os quais não têm nenhuma identificação. Sem abrir os frascos, como você faria para identificar as substâncias? A densidade (d) de cada um dos líquidos, à temperatura ambiente, é: d(água) = 1,0 g/cm3, d(clorofórmio) = 1,4 g/cm3 e d(etanol) = 0,8 g/cm3. 22. (UFMG) Um limão foi espremido em um copo contendo água e as sementes ficaram no fundo do recipiente. A seguir, foi adicionado ao sistema um pouco de açú car, que se dissolveu completamente. Em consequência dessa dissolução do açúcar, as sementes subiram e passaram a flutuar. Assinale a alternativa em que se explica corretamente a flutuação das sementes após a adição do açúcar. a) A densidade do líquido aumentou. b) A densidade das sementes diminuiu. 23. (UnB) Em condições ambientes, a densidade do mercúrio é de aproximadamente 13 g/cm 3. A massa desse metal, da qual um garimpeiro de Poconé (MT) necessita para encher completamente um frasco d e meio litro de capacidade, é de:

ji u Y J.

Frasco 1

Frasco 2

Frasco 3

Sabendo que as bolinhas apresentam densidades diferentes. 25

4

5

6

7

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

É correto afirmar que: 28. Observe os seguintes cubos: a) Se nos frascos a água apresentaa mesmadensidade,era de se esperar que asbolinhas ficassem na mesma altura. b) A bolinha contida no frasco 2 tem densidade igual à da água. 1,0 cm3 de madeira 1,0 cm3 de água 1,0 cm3 de ferro 1,0 cm3 de chumbo c) O fato da bolinha que está no terceiro recipiente enmassa de 0,70 g massa de 0,9 g massa de 7,86 g Massa de 11,40 g contrar-se acima do líquido está relacionado à massa desse objeto. a) Determine a densidade de cada cubo. d) O frasco 1 contém uma bolinha menos densa que o líquido e por isso afunda. b) Apesar de ter o mesmo volume, esses cubos apresentam e) Nos frascos 1 e 2, as bolinhas apresentamdensidades menor e maior, respectivamente, que a água. a mesma densidade? Justifique.

ji u Y J.

Temperaturas de fu são e de ebu lição Na natureza, encontramos os materiais em diferent es estados de agregação.

Vejamos alguns exemplos: o oxigênio e o nitrogênio estão presentes em nossa atmosfera na forma de gás; oálcool e a gasolina apresentam-se como líquidos; Será que vamos conseguir diferene os metais, à exceção do mercúrio, são sólidos. Noentanto, sabemos que um ciar os materiais pela forma com a mesmo material pode apresentar-se em mais de um estado de agregação. O qual se apresentam, ou seja, sólida, exemplo mais comum é a água, que pode ser encontrada nos três estados líquida ou gasosa? de agregação. O estado de agregação de um material é uma propriedade que depende das condições de temperatura e pressão em que se encontra. Um sólido, quando aquecido, ao atingir determinada temperatura, começa a se fundir, tornando-se líquido. Esse líquido, continuando sob aquecimento, chegará a uma temperatura em que se inicia a vaporização, ou seja, a passagem do estado líquido para o gasoso. PARE E PENSE

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Algunsa materiais ou substâncias diretamente do dos estado sólido epara o gasoso enomes. vice-versa. No esquema seguir, apresentamos as podem possíveispassar mudanças de estado materiais os respectivos sublimação fusão

vaporização

i tt u m e D ly e H :s o t o F

SÓL IDO

L ÍQU IDO solidificação

G A SOS O liquefação

sublimação

O esquema acima resume as seguintes definições:

Fusão é a passagem de um material do estado sólido para o líquido. Solidificação é o contrário da fusão; é a passagem do estado líquido para o sólido. Vaporização é a passagem do estado líquido para o gasoso. Liquefação é a passagem de um gás para o estado líquido. Condensação é a passagem do estado gasoso para o líquido que ocorre a partir do vapor. Sublimação é a passagem do estado sólido diretamente para o estado gasoso, ou vice-versa. 26

Evaporação e ebulição são conceitos parecidos. Ambos se referem à passagem do estado líquido para o estado gasoso. Mas existe uma diferença fundamental. A ebulição ocorre quando a substância atinge a temperatura de mudança de estado. É o que acontece com a água quando atinge os 100 °C na pressão de 1 atm. Já a evaporação ocorre em temperaturas inferiores. A água de um lago, por exemplo, está em constante processo de evaporação, mesmo a uma temperatura de 30 °C. Existe também uma diferença entre vapor e gás, embora os dois estejam no est ado gasoso. O estado gasoso é um estado de agregação da matéria em que os constituintes estão muito afastados, com baixa interação entre si. Uma substância no estado gasoso pode passar para o estado líquido (liquefação) pelo abaixamento de temperatura ou pelo aumento da pressão, como ocorre com o gás liquefeito de petróleo (GLP), que se encontra a uma alta pressão. Dados experimentais demonstram que para cada substância existe a temperatura crítica acima da qual ela somente pode retornar ao estado líquido com o abaixamento de temperatura, ou seja, variações na pressão não provocam a mudança para o estado líquido. Nesse caso, temos um gás. Abaixo da temperatura crítica, a substância podefacilmente

1

2

3

4

mudar para o estado líquido, pelo resfriamento ou por simples compressão; temos, então, um vapor. it t u m e D ly e H

VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DURANTE O AQUECIMENTO DA ÁGUA DESTILADA Tempo

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Montagem para medida da temperatura durante o aquecimento de uma amostra de água.

No caso do vapor, a mudança do estado gasoso para o líquido (condensação) se dá facilmente; já a mudança de estado de um gás (liquefação) vai exigir uma temperatura muito baixa. Assim, em temperatura ambiente, temos gás oxigênio e vapor de água. Ambos estão no estado gasoso. No entanto, o oxigênio quesomente você respira deixara de gás no ambiente, pois isso podevai ocorrer umaser temperatura de –218 °C, enquanto o vapor de água pode se condensar se encontrar uma parede fria no caminho. Vejamos agora como varia a temperatura deum material quando muda de estado de agregação. Essa observação pode ser feita experimentalmente na escola. Não havendo condições de realizá-la, analise os resultados que poderiam ser encontrados e que apresentamos nas tabelas a seguir. 27

Temperatura

5

Estado de agregação*

0min 1min 2min 3min 4min 5min 6min 7min min 8 min 9

–4°C –4°C –3°C –1°C 0°C 0°C 0°C 0°C °C 1 °C 6

sólido sólido sólido sólido sólidoelíquido sólidoelíquido sólidoelíquido sólidoelíquido líquido líquido

10min 11min 12min 13min 14min 15min 16min 17min 18min 19min 20min 21min 22min 23min 24min

9°C 14°C 21°C 30°C 42°C 53°C 63°C 73°C 82°C 88°C 92°C 95°C 95°C 95,5°C 95,5°C

líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquidoevapor líquidoevapor

25min 26min 27min 28min 29min 30min 31min

95,5°C 95,5°C 97°C 100°C 102°C 103°C 105°C

líquidoevapor líquidoevapor vapor vapor vapor vapor vapor * Estado de agregação de maior predominância no sistema.

6

7

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Em um primeiro experimento, aqueceram-se pedaços de gelo picado de água destilada; a tabela da página anterior mostra os dados obtidos. Em um segundo experimento, aqueceu-se uma solução preparada a partir da dissolução de 10 g de cloreto de sódio (sal de cozinha) dissolvido em 100 mL de água. Os valores de temperatura foram lidos de 1 em 1 minuto e são apresentados na tabela a seguir. VARIAÇÃO DA TEMPERATURA DURANTE O AQUECIMENTO DE 100 ML DE SOLUÇÃO DE CLORETO DE SÓDIO (NaCl) 100 G/L Tempo

min 0 1min 2min 3min min 4 5min 6min 7min 8min 9min 10min 11min

Temperatura

–5,5°C –2,0°C –1,5°C –1,0°C 7,0°C 18,0°C 27,5°C 35,0°C 42,0°C 49,5°C 56,0°C 64,0°C

Estadod ea gregação*

sólido sólidoelíquido sólidoelíquido sólidoelíquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido

Tempo

12min 13min 14min 15min 16min 17min 18min 19min 20min 21min 22min 23min

Temperatura

69,0°C 76,0°C 80,0°C 84,0°C 88,0°C 91,0°C 93,0°C 94,5°C 95,5°C 97,0°C 98,0°C 98,0°C

Estadod ea gregação*

líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquido líquidoevapor líquidoevapor líquidoevapor * Estado de agregação de maior predominância no sistema.

Construção do Conhecimento 1. Desenhe, em uma folha de papel milimetrado, gráficos da

às questões a seguir. a) Em que faixas de temperatura a água destilada encontra-se em cada estado de agregação? b) Em que estado de agregação a água vai estar quando exposta a uma temperatura de –50 °C? c) Como a temperatura varia durante a mudança de estado no caso da água destilada? d) Analiseos gráficosdo aquecimentoda água destilada e da solução de cloreto de sódio e compare-os, comentando as diferenças entre as curvas (gráficos) obtidas.

variação da temperatura em função do tempo para o experimento do aquecimento da água destilada. Utilize os dados das tabelas do livro ou os dados que você obteve no laboratório, caso tenha realizado a experiência.

2. Desenhe, em uma folha de papel milimetrado, um gráfico da variação da temperatura em função do tempo, durante o aquecimento da solução de cloreto de sódio. Empregue os dados da tabela anterior ou os seus dados, caso você tenha feito o experimento.

3. Com base nos dados obtidos nos experimentos, responda A temperatura, na qual uma substância muda do estado sólido para o líquido ou do líquido para o sólido, é denominada temperatura de fusão. A temperatura na qual uma substância muda do estado líquido para o gasoso e vice-versa, é denominadatemperatura de ebulição. As temperaturas de fusão e de ebulição sãodeterminadas experimentalmente por meio de curvas de aquecimento ou de resfriamento. Quando temos uma única substância, como no caso da água destilada, o gráfico de variação da temperatura apresenta aumento gradual constante.Depois de determinado patamar, apesar de o sistema continuar em aquecimento, a temperatura não varia. Esse patamar existetanto na fusão quanto na ebuliçãoe ocorre, respectivamente, quando se atingem as temperaturas de fusão e de ebulição. 28

Ao nível do mar, a água pura entra em ebulição a 100 °C e congela a 0C. º Essas transformações podem ser observadas pela curva do gráfico a seguir:

1

Curva de aquecimento da água 2

Início da fusão (0 °C)

Temperatura (°C)

Fim da fusão (0 °C)

Início da ebulição (100 °C)

Fim da ebulição (100 °C) 3

água + vapor

te = 100 °C

a águ

gelo + água

tf = 0 °C

gelo

Fusão. Temperatura constante.

Gelo sendo aquecido. Temperatura crescente.

Água sendo aquecida. Temperatura crescente.

Ebulição. Temperatura constante.

ua e ág or d v ap

4

Vapor sendo aquecido. Temperatura crescente.

5

6

Tempo (min) D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Na curva do gráfico anterior, observa-se que os dois patamares (trechos da curva em horizontal) correspondem aos períodos em que ocorrem a fusão e a ebulição, nos quais a temperatura do sistema permanece constante. No primeiro patamar ocorre a fusão do gelo em uma temperatura constante de 0 °C, chamada temperatura de fusão do gelo. Somente após todo o material passar do estado sólido para o líquido haverá aumento da temperatura do sistema. Assim, o segundo patamar indica a ebulição da água a uma temperatura constante de 100 °C, chamada temperatura de ebulição daágua. No caso do resfriamento da água, a curva do gráfico vai apresentar o inverso do aquecimento.

ck o str te t u h /S v o k l o V n yt n le a V

Gelo derretendo. A temperatura em que o gelo muda do estado sólido para o líquido ou do líquido para o sólido é a temperatura de fusão.

Curva de resfriamento da água Temperatura (°C)

vap or d e

te = 100 °C

águ a

Vapor resfriando.

água + vapor á gu

Condensação.

a

gelo + água

Líquido resfriando. tf = 0 °C

Fusão.

gelo

Gelo resfriando.

Tempo (min) 29

7

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c

Quando temos mais de uma substância, como no caso da mistura água e sal, verifica-se uma alteração nas curvas dos gráficos de aquecimento ou deresfriamento. A temperatura passa a apresentar pequenas alterações nas faixased fusão e de ebulição. Nesse caso, a curva não apresenta patamar de temperatura constante característico, pois, em vez disso, há variação de temperatura durante a mudança de estado, como se pode obser var na curva do gráfico a seguir.

n â t s b u S

Curva de aquecimento de água com sal

I O L U ÍT P A C

Temperatura (°C)

01_G38_1Q_AJS

vapor

faixa de ebulição

ebulição líquido

faixa de fusão

sólido

Tempo (min)

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

PARE E PENSE

A tabela ao lado apresenta os valorese de dasebulição temperaturas de fusão de algumas substâncias. Essas propriedades são características das substâncias? Por quê?

Enquanto a águafunde a 0 °C, o ferro funde a 1 538 °C. k c o ts r te u h S / v e a b a B i ism a N

A tabela a seguir apresenta as temperaturas de fusão e ebulição de algumas substâncias na pressão de 1 atm. Pelo que já estudamos até aqui, responda: As propriedades dessa tabela são características das substâncias? Por quê? TEMPERA TU RA D E F US O E D E E BU LIÇ O DE AL GU MAS S UBST NCI AS S u b s t â n c ia

Temperatura de fusão

Água C oretose io Cloro Clorofórmio Hidróxidodesódio Nitrog nio Oxig nio Na ta eno

°C 0 804°C –101,6 °C –63,0°C 318,4°C –209,86°C –218,4°C 80,55 °C

Temperatura de ebulição

°C 100 1 400°C –34,5 °C 61,74°C 1 390°C –195,8°C –183,0°C 218,0 °C

Em resumo: as temperaturas de fusão e de ebulição das substâncias permanecem enquanto ocorre a mudança de estado. Já em constantes sistemas que contêm materiais, ocorrem variações de temperaturas durante a fusão e a ebulição. Existem misturas com características especiais, pois se comportam como se fossem uma única substância durante a fusão/solidificação ou durante a ebulição/condensação. No primeiro caso, são chamadas misturas eutéticas, que fundem/solidificam a uma temperatura constante. No segundo caso, temos as misturas azeotrópicas, que fervem/condensam a uma temperatura constante. 30

Curva de aquecimento de uma mistura eutética

Curva de aquecimento de uma mistura azeotrópica

Temperatura (C)

1

Temperatura (C)

˚

˚

vapor

vapor t3 t2

2

ebulição

t3

ebulição

líquido t1

líquido t2 t1

fusão sólido

fusão

3

sólido

0

0

Tempo (min)

Gráfico 2

Tempo (min)

4

Gráf1ico

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Gráf2ico

Mistura eutética, como uma liga de bronze (mistura dos metais cobre e estanho), apresenta uma curva de aquecimento semelhante à ilustrada no Gráfico 1. Como apresenta baixa temperatura de fusão, o bronze é bastante utilizado em diversos processos siderúrgicos. Nesse tipo de mistura, durante o processo de fusão a temperatura permanece constante (T ), 1 enquanto a temperatura de ebulição varia em uma faixa que vai de T2 a T3. Na mistura azeotrópica, o comportamento da curva é semelhante e o patamar em que a temperatura fica constante é o da temperatura de ebulição, enquanto a fusão vai ocorrer durante uma faixa de temperatura (veja Gráfico 2). Como exemplos de misturas azeotrópicas, temos a mistura de

o in K / k e c a J

Na panela de pressão, a água ferve a uma temperatura superior acetona e clorofórmio e a mistura de etanol e benzeno. Como se observa, as temperaturas de fusão e de ebulição a 100 °C por conta doaumento da pressão. variam de substância para substância. Para determinar a temperatura de ebulição, um fator externo importantíssimo deve ser considerado: a pressão atmosférica. A água é o melhor exemplo dessa situação. Ao nível do mar ela entra em ebulição a 100 °C. O mesmo não acontece quando estamos a uma altitude elevada, pois a pressão atmosférica é menor. À medida que a altitude aumenta, a temperatura de ebulição da água diminui, pois a pressão atmosférica também vai diminuindo. Isso ocorre porque, para um líquido entrar em ebulição, a pressão de vapor das bolhas formadas no processo de aquecimento deve ser maior ou igual à pressão atmosférica externa. E o inverso também vai ocorrer: quando a pressão atmosférica for maior, a temperatura de ebulição do líquido também será maior. Pressão atmosférica é definida como a pressão exercida, por causa da massa de ar da atmosfera, sob determinada área. É a força, por unidade de área, exercida pelo ar contra uma superfície. Medida por meio de instrumentos denominados barômetros, está relacionada às condições ambientais, como radiação solar, temperatura, altitude e latitude. Um exemplo prático da variação da temperatura de ebulição com a pressão é a panela de pressão. Nesse caso, como o sistema é fechado, a pressão interna aumenta com o aquecimento, o que eleva a temperatura de ebulição da água. Por estarem a uma temperatura maior do que se estivessem em uma panela comum, os alimentos são cozidos mais rapidamente. 31

5

6

7

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

29. Quais são as temperaturas de fusão e de ebulição da água 36. Analise o gráfico a seguir, correspondente à curva de aquedestilada apresentadas na tabela da página 27 – “Variação da temperatura durante o aquecimento da água destilada”?

30. Como será a variação de temperatura durante a fusão ou a ebulição de materiais que contêm duas ou mais substâncias das apresentadas na tabela da página 30? 31. Com base na curva de aquecimento, tente expli car por que em leiteiras com sistema de banho-maria (aquelas que assobiam quando aquecidas) o leite não derrama. 32. Sabendo-se que a temperatura de ebulição da água destilada é 100 °C, explique que motivo justificaria o fato de o valor apresentado na tabela “Variação da temperatura durante o aquecimento da água destilada” (página 27) ser diferente. 33. A temperatura de ebulição do isoctano à pressão de 1 atmosfera é 99 °C e a temperatura de fusão é –107 °C. À mesma pressão, indique o estado de agregação do isoctano quando estiver nas seguintes temperaturas: a) –125 °C. c) 25 °C. e) 99 °C. b) –25 °C. d) 125 °C. 34. (Unicamp-SP) Evidências experimentais mostram que somos capazes, em média, de segurar por um certo tempo um frasco que esteja a uma temperatura de 60 °C, sem nos queimarmos. Suponha a situação em que

cimento de um material, na qual estão representadas diferentes fases (s = sólido, l = líquido e v = vapor) e julgue os itens seguintes, marcando C para os corretos e E para os errados. ) C (° a r u t ra e p T m 2 e T

s Tempo (min)

1) T2 corresponde à temperatura de ebulição. 2) Se, no estado líquido, essa porção de matéria fosse resfriada, se solidificaria à temperatura T1. 3) A temperatura referente ao patamar l + v será elevada com o aumento da pressão atmosférica. 4) Segundo o gráfico , essa porção de matéria é constituída por uma mistura de três substâncias.

37. (UFRN) Considere a seguinte tabela, cujos dados foram obtidos à pressão de 1 atmosfera. Quantas dessas substâncias são líquidas a 25 °C e à pressão de 1 atmosfera?

rente ( X e Y ), tenham sido colocados sobre uma chapa elétrica de aquecimento, que está à temperatura de 100 °C. A temperatura normal de ebulição do líquido X é 50 °C e a do líquido Y é 120 °C. Após certo tempo de contato com essa chapa, qual dos frascos poderá ser tocado com a mão sem que se corra o risco de sofrer queimaduras? Justifique a resposta.

Substância

Temperatura de fusão (°C)

Temperatura de ebulição (°C)

Etano Propano Butano Pentano

–171 –190 –135 –131

–93 –45 0,6 36

a) Nenhuma. d) 3.

35. (UFV-MG) O gráfico abaixo representa a variação de tempe-

b) 1. e) Todas.

funde à temperatura constante. O gráfico que melhor representa o compor tamento dessa mistura até sua completa vaporização é:

) C °( 50 ra u t ra 40 e p 30 m e T

a)

b) T(K)

20

c) T(K)

L

4

6

8

c) 2.

38. (Ufes) Uma mistura eutética é definida como aquela que

ratura observada ao se aquecer uma substânciaA durante cerca de 80 minutos.

2

v

l

s+l

T1

dois béqueres, contendo cada um deles um líquido dife-

10 0

l+v

d)

Tempo (min) x10

a) Qual é a faixa de temperatura em que a substância A permanece sólida? b) Qual é faixa de temperatura emque a substânciaA permanece líquida? c) Qual é a temperatura de ebulição da substância A?

s t(min)

T(K)

s t(min)

e) T(K)

L

L

s t(min)

32

L

L

s

10

T(K)

s t(min)

t(min)

Solubilidade

1

Quando uma onda “arrebenta” na praia, a água salgada mistura-se com a areia. Aos poucos, a areia separa-se da água que continuará salgada. Se a areia se separa da água, por que o sal não? Será que essa diferença de comportamento entre o sal e a areia, na presença de água, permite a diferenciação das substâncias? Você pode fazer um experimento em sua escola para testar a solubilidade de diferentes materiais. A solubilidade é uma importante propriedade das substâncias. Se você fizer um experimento sobre solubilidade, você poderá constatar ser possível observar que a solubilidade de um material é uma característica que depende também do solvente. Assim, uma substância pode ser solúvel em um solvente e não solúvel em outro, ou seja,

B

i

n io ll

o h P

o t

s

u h S /

t t

r e

t s

c o

k

3

4

umaágua, substância tem solubilidade diferente em cadaousolvente. o sal é solúvel em ele é praticamente insolúvel em acetona acetatoEnquanto de etila (solvente usado Sal e água. para remover esmalte). Da mesma forma, um mesmo solvente dissolve substâncias distintas de maneira diferente. Enquanto a água dissolve com facilidade o sal, ela não dissolve o talco. Normalmente, a solubilidade das substâncias é expressa em gramas por litros, mas também pode ser expressa em gramas por 100 mL ou 100 g de solvente. A tabela a seguir representa os valores de solubilidade a 20 °C de algumas substâncias em água e álcool (etanol).

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

SOLUBILIDADE DE DIFERENTES SUBSTÂNCIAS Solubilidade em 100 mL Substâncias Água Álcool Açúcar 179 g insolúvel Cloretodesódio 35,9g insolúvel Bicarbonato de amônio (presente no sal amoníaco) 25 g insolúvel Fenolftaleína 0,018 g 20,9 g Iodo Ácido ascórbico (presente no comprimido de vitamina C)

0,029 g 33,3 g

Quando preparamos uma limonada, observamos que o açúcar não se dissolve com facilidade na água gelada. Observamos também que, ao preparar café, o açúcar se dissolve melhor se a água estiver quente. Isso acontece também com outros sólidos. Veja o gráfico a seguir. Antes de prosseguir a leitura, analise o gráfico abaixo e responda as questões a seguir. Solubilidade de diferentes substâncias em função da temperatura PARE E PENSE

) 120 O 2 H e 110 d g 100 0 0 90 /1 (g 80 e d a 70 ild i b 60 u l o s 50 e d 40 te n 30 e i c fi e 20 o C 10

0

Brometo de potássio

Clorato de potássio Sulfato de sódio Oxalato de cálcio

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Temperatura (°C)

33

5

6

7

20,5 g ~3 g

130

2

Analisando o gráfico ao lado, o que você pode concluir sobre a dissolução de uma substância em um mesmo solvente a diferentes temperaturas? Que substâncias apresentadas no gráfico diminuem a solubilidade

com o aumento de temperatura?

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c n â t s b u S

A solubilidade de um material em determinado solvente depende da temperatura em que o sistema se encontra. O gráfico anterior apresenta a variação de solubilidade de algumas substâncias em gramas por 100 g de água, a diferentes valores de temperatura. De modo geral, a solubilidade das substâncias aumenta com a elevação da temperatura. Porém, há casos em que isso não ocorre, como o do sulfato de sódio: a partir de determinada temperatura, a solubilidade dele diminui em vez de aumentar.

Solubilidade é a quantidade máxima de uma substância que se dissolve em 100 g de um solvente específico à determinada temperatura.

I O L U ÍT P A C

A quantidade de um material que conseguimos dissolver em determinada quantidade de solvente específico é também uma propriedade que pode servir para diferenciá-lo de outros materiais que nos rodeiam. Essa propriedade é chamada solubilidade. A solubilidade é muito pelos no químicos na éseparação dasdesubstâncias constituem Um exemplo da utilização dessautilizada propriedade cotidiano o processo preparaçãoque do café, em queosamateriais. água dissolve uma série de substâncias presentes no pó e que são solúveis a quente, conferindo sabor característico à bebida. Processo semelhante é empregado na extração de substâncias contidas em plantas utilizadas em chás.

5 Identificação das substâncias k c o ts r e tt u h /S ir im d la V ci si n ta S

As substâncias podem ser identificadas por suas propriedades químicas. Por exemplo algumas substâncias reagem com reagentes específicos, D L produzindo produtos com cores diferentes. N P O Ã Ç A G L U IV D

PARE E PENSE

Pelo que você já estudou até aqui, como poderemos identificar uma substância?

A

s propriedades que você determinou nos experimentos anteriores auxiliam na caracterização de substâncias. Como você constatou, substâncias diferentes possuem densidades, temperaturas de ebulição, temperaturas de fusão e solubilidades diferentes. Sendo tais propriedades características das substâncias, elas foram denominadaspropriedades físicas específicas. Existem mais de trinta propriedadesespecíficas, mas o químico utiliza, com mais frequência, a densidade, as temperaturas

de ebulição e de fusão e a solubilidade. Propriedades químicas também são muito utilizadas para identificar substâncias. Podemos diferenciar uma amostra de água de outra de álcool verificando qual delas se queima. Podemos identificar os gases hidrogênio, oxigênio e dióxido de carbono pelo comportamento diante do fogo: enquanto o hidrogênio explode, o oxigênio avivauma chama e o dióxido de carbono a apaga. A identificação de amido em alimentos pode ser feita adicionando-se iodo: se houver amido, obtém-se um forte azul-escuro. Os ácidos podem ser distinguidos pelo uso de diferentes indicadores ácidobase. Várias análises clínicas e patológicas fornecem informações sobre o funcionamento do organismo por meio de reações químicas características de certas substâncias nele presentes. Se as substâncias são identificadas pelas propriedades específicas, isso significa que a identificação de uma transformação química pode ser feita pela constatação da mudança de propriedades de um sistema reacional. A constatação de mudanças de propriedades do sistema indica que houve formação de nova(s) substância(s). Em alguns materiais, as propriedades físicas são constantes; em outros, não. Enquanto a temperatura de ebulição da água destilada é constante, no processo de ebulição da soluç ão de água e sal é possível notar variação nos valores. Essa diferença de comportamento se deve à presença de outras substâncias que alteram o comportamento previsto para a substância. Somente têm propriedades específicas definidas os materiais puros, ou seja, formados por um mesmo tipo de constituinte. Esses materiais puros são denominadossubstâncias. Os materiais em que as propriedades específicas variam não são puros, ou seja, são formados por mais de um tipo de matéria. Esses materiais, que não são puros, são constituídos por mais de uma substância e, por isso, são geralmente denominados materiais. 34

Antes de prosseguir a leitura, realize a atividade a seguir.

1

Construção do Conhecimento 2

Analise os dados da tabela “propriedades específicas de algumas substâncias” abaixo e responda: 1. As propriedades específicas das substâncias são iguais? Justifique a resposta. 2. Que propriedade específica pode ser utilizada para diferenciar as quatro substâncias? 3. Diferencie metanol e etanol, utilizando os dados da tabela.

3

PROPRIEDADES ESPECÍFICAS DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS Substância

Fórmula química

Densidade

Temperatura de fusão

Acetato de metila Propanona (acetona)

C 3H6O2 C 3 H6 O

0,93 g/cm 0,79g/cm 3

–98°C –95°C

57°C 57°C

CH4O C2H6O

0,79g/cm 3 0,79g/cm 3

–98°C –117°C

64,7°C 78,3°C

Metanol Etanol

3

Temperatura de ebulição

4

5

6

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Como se pode constatar pela tabela anterior, a caracterização de uma substância não pode ser feita por apenas uma propriedade específica. Ela depende da avaliação doconjunto de suas propriedades específicas. Por meio de várias propriedades, o químico pode identificar, por exemplo, a presença de substâncias poluentes. Análises químicas, feitas em amostras de

7

adubos orgânicos produzidos em usinas de compostagem de lixo, já detectaram

até mesmo a presença elevada de metais pesados, que são altamente tóxicos e podem contaminar o solo e os lençóis de água subterrâneos. Portanto, ao utilizar os conhecimentos e as técnicas da Química, épossível identificar substâncias que causam problemas ambientais. É com base nessa identificação que se estabelecem leis como asdo Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama). Uma dessas el is institui que baterias industriais constituídas de chumbo, cádmio e suas substâncias, destinadas atelecomunicações, usinas elétricas, sistemas ininterruptos de fornecimento de energia, alarme,gurança, se movimentação de cargas ou pessoas, partida de motores diesel e uso geral industrial, após seu esgotamento energético, deverão ser entregues pelo usuário ao fabricante ou ao importador ou ao distribuidor da bateria, as recolher e dar O mineral pirita é conhecido como destino às pilhas depois de usadas. Oslegisladores puderam criar essa lei, com “ouro de tolo” , por seu brilho amarelo base no momento em que os químicos identificaram os efeitos ambientais característico. Mas diferenciá-lo do ouro não provocados pela quantidade de metal pesadoexistente em tais baterias. é difícil: a pirita contém sulfeto de ferro, que Além das baterias, diversos outros materiais contêm substâncias tóxicas e reage com ácido clorídrico. Basta pingar umas gotas do ácido e observar se ocorre reação. deveriam também ter um destino adequado. Acompanhe a seguir. MATERIAIS DOMÉSTICOS CUJO DESCARTE É POTENCIALMENTE PERIGOSO Tipo Material para pintura

tinta

pigmentos

Produtos solventes

Produtos para jardinagem e animais Produtos para automóveis Outros itens

pesticidas baterias pilhas

repelentes inseticidas fluidos de freio e transmissão frascos de aerossóis em geral

Fonte: D’ALMEIDA, M. L. O. (Coord.) Lixo municipal: manual de gerenciamento integrado. 2. ed. São Paulo: IPT/Cempre, 2000.

Enfim, o estudo das propriedades dos materiais tem nos dado várias respostas sobre o quanto temos de fazer, para que o consumo de nossa sociedade não altere, de forma drástica, as características de nosso planeta. 35

vernizes herbicidas óleos lubrificantes lâmpadas fluorescentes

it t u m e D yl e H

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

39. Sabe-se, hoje, que as distribuidoras de combustíveis misturam à gasolina uma quantidade de aproximadamente 20% em volume de álcool para melhorar a qualidade dela. Identifique, nessa mistura, o solvente e o soluto. 40. Em um medicamento encontramos a expressão: “própolis em solução alcoólica”. O que ela significa? 41. A solubilidade identifica o soluto ou o solvente? Justifique a resposta. Para preparar o cafezinho, utilizamos água fervente. Será 42. que se usarmos água fria o café terá o mesmo sabor? Justifique a resposta. 43. Por que é necessário especificar o valor da temperatura na determinação da solubilidade? 44. Como podemos identificar dois líquidos diferentes usando um sólido conhecido? 45. Sabendo que a solubilidade do cloreto de sódio a 20 °C é de 36,0 g em 100 g de água, o que aconteceria se adicionássemos 80 g desse sal a 200 g de água mantendo a mesma temperatura? 46. O refrigerante é uma solução que tem como solvente a água e um dos solutos é o gás carbônico (CO2). Comparando o que acontece quando abrimos uma garrafa de refrigerante à temperatura ambiente e quando abrimos uma garrafa que estava na geladeira, explique como varia a solubilidade desse gás em relação à temperatura. 47. (UnB-DF) Examine a tabela seguinte, com dados sobre a solubilidade da sacarose (C12H22O11), do sulfato de sódio (Na2SO4) e do clorato de potássio (KClO3) em água a duas temperaturas diferentes e julgue os itens seguintes, marcando C para os corretos e E para os errados.

Substância

60ºC

C12H22O11

2381

2873

Na2SO4

488

453

KCIO3

12

22

Tubo A

K2Cr2O7

1,0

Tubo B

Tubo C

Tubo D

3,0

5,0

7,0

A solubilidade do sal, a 20 °C, é igual a 12,5 g por 100 mL de água. Após agitação, em quais dos tubos coexistem, nessa temperatura, solução saturada (aspecto homogêneo) e fase sólida? a) Em nenhum. b) Apenas em D. c) Apenas em C e D. d) Apenas em B, C e D. e) Em todos. 49. O que são propriedades específicas? Dê exemplos. 50. Em um laboratório, um estudante encontrou sobre a bancada dois frascos contendo substâncias incolores, aparentemente iguais. Como ele poderia identificar as substâncias? Ele poderia utilizar as propriedades organolépticas? 51. Dê exemplos de substâncias ou materiais que você pode identificar por meio de propriedades químicas (procure o utros exemplos, além dos apresentados no texto). Indique as propriedades utilizadas para cada exemplo. 52. Dê um conceito para substância. 53. (Mack-SP) Certas propagandas recomendam determinados produtos, destacando que são saudáveis por serem naturais, isentos de QUÍMICA. Um aluno atento percebe que essa afirmação é: a) Verdadeira, pois o produto é dito natural porque não é formado por substâncias. b) Falsa, pois as substâncias são sempre benéficas. c) Verdadeira, pois a Química só estuda materiais artificiais. d) Enganosa, pois confunde o leitor, levando-o a crer que “química” significa não saudável, artificial. e) Verdadeira, somente se o produto oferecido não contiver água. 54. (Ufrr-adaptada)

Solubilidade em g/100g H2O

40ºC

M a s s a de

Solubilidade (g/100 mL) KBr KC

1) A solubilidade de uma substância em determinado solvente independe da temperatura. 2) A uma dada temperatura, a quantidade-limite de um soluto, que se dissolve em determinado volume de solvente, é conhecida como solubilidade. 3) Nem todas as substâncias são mais solúveis a quente.

0

Ao analisar o gráfico acima, percebe-se que a) A solubilidade do KCl é maior que a do KBr. b) À medida que a temperatura aumenta a solubilidade diminui. c) A solubilidade do KBr é maior que a do KCl. d) Quanto menor a temperatura, maior a solubilidade. e) O KCl apresenta solubilização irregular.

48. (Fuvest-SP) Quatro tubos con têm 20 mL (mililitros) de água cada um. Coloca-se nesses tubos dicromato de potássio (K2Cr2O7) nas seguintes quantidades:

36

Revisão para a prova

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. A palavra “desperdício” pode ser entendida em vários

que não é percebido durante o processo da compra. 4) Muito do que é comprado pelas pessoas é para at ender à vontade momentânea de compra e não para atender a alguma necessidade real. Esse tipo desnecessário de compra caracteriza o consumista patológico. 5) O consumismo é necessário, afinal precisamos manter nossas necessidades básicas de sobrevivência. 6) Na cultura do consumo, os indivíduos passaram a ser reconhecidos, avaliados e julgados pelo que consomem, vestem e calçam, pelo carro e celular exibidos em público.

contextos e podemos defini-la como “o que é gasto sem proveito”. Isso tem relação com os valores consumistas da sociedade industrializada em que vivemos. Atualmente, existem dificuldades em se diferenciar consumo e consumismo. O limite entre necessidades básicas e supérfluas relaciona-se às características culturais das sociedades. A este respeito, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) No início do século XX, a indústria tinha como meta

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

buscar novos mercadosLogo, paraosseus produtos, abastecendo-os e crescendo. produtos deveriam ser bons, duráveis e baratos. 2) Atualmente, os consumidores já possuem muitos produtos e não precisam de comprar mais. 3) Para manter a estrutura econômica, a solução para a indústria é lançar no mercado novos produtos, mais modernos, com novos designs, com novas funções, tornando os anteriores obsoletos e fora de moda. 4) A estrutura econômica hoje, na qua l estamos inseridos, se organiza de modo a favorecer o aumento do consumo, que concorre para a criação de um modelo de economia fundamental para o desenvolvi mento econômico do país. 5) A ideia dominante do ponto de vista econômico é a de que o crescimento está alicerçado no aumento contínuo da produção e do consumo de bens e serviços, reconhecidos como meios de promover a prosperidade

1

2

3

4

3. A Química está intimamente relacionada ao consumo da

sociedade atual por possibilitar a produção de novos bens de consumo. Para isso, é fundamental compreendermos como são desenvolvidos novos materiais e como se mudam as propriedades dos já existentes. Identificar as transformações que acontecem com os materiais é parte fundamental da Química. A este respeito, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Um bom exemplo de transformações químicas é a degradação de restos de alimentos. 2) Os cientistas denominam os objetos ou os processos que estão sendo estudados de sistemas. 3) As características e propriedades que os sistemas apresentam denominam-se de estado do sistema. 4) A evidência de uma transformação está na mudança de estado do sistema. 5) O conjunto de características anteriores à transformação é denominado estado inicial do sistema e o conjunto de característi cas posterior à transforma ção é denominado estado final do sistema. 6) Reações químicas não podem ser consideradas transformações químicas. 4. As reações químicas são caracterizadas pela formação de novas substâncias. A todo instante ocorrem transformações à nossa volta. Muitas dessas transformações não alteram a natureza do material, antes e depois do processo, como o que ocorre quando uma lata de alumínio é prensada; ela continua sendo de alumínio. Mas, se a lata for de ferro, sem pintura e ficar alguns dias em ambiente úmido, ela será oxidada, ou seja, enferrujará. A ferrugem é uma substância que tem propriedades bem diferentes do metal srcinal da lata, ou seja, o enferrujamento gerou formação de novas substâncias, bem diferentes do material srcinal. Nesse

e a qualidade de vida para o maior número possível de pessoas. 6) Nem sempre o desenvolvimento econômico acarreta desenvolvimento social. O processo de globalização atual favorece a concentração de riqueza e o aumento da pobreza. 7) A atual dinâmica de consumo desenfreado tem provocado a destruição em larga escala da natureza em um ritmo superior ao que o planeta pode se ajustar. 8) O atual modelo econômico intr oduziu o que chamamos consumismo, que significa a expansão da cultura do “ser” em detrimento da cultura do “ter”. 2. É difícil estabelecer a diferença entre consumo e consumismo, pois o que é básico para alguns pode ser supérfluo para outros. A sociedade precisa ter clareza de que o consumo desenfreado e a mentalidade de utilizar produtos descartáveis representam ameaça à presente e às futuras gerações. A este respeito, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Podemos dizer que consumo é a utilização de bens e serviços para satisfazer necessidades individuais e coletivas. 2) O consumismo, por sua vez, está associado ao consumo

caso, ocorreu uma transformação que alterou a natureza no material srcinal. Os processos em que ocorrem m udanças na constituição do material, por causa de formação de nova(s) substância(s), são denominados: a) Transformações químicas ou reações químicas. b) Transformações físicas ou reações químicas. c) Processos químicos ou processos físicos. d) Reações físicas.

supérfluo e inconsciente, sob influência de empresas, grupos e políticas públicas e privadas diversas.

3) Consumismo é o consumo exagerado, além do necessário para se ter um bem-estar individual, grupal e social, 37

5

6

7

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

5. A característica central das reações químicas está na forma-

2) A síntese do náilon revolucionou a i ndústria têxtil, permitindo uma diversificação na produção de roupas, apropriadas a diferentes tipos de clima, tipos de serviço profissional e até mesmo estilo de moda, mas que possui pouca capacidade de degradação na natureza. 3) Materiais plásticos foramutilizados para substituir diversas peças metálicas dos carros antigos, permitindo maior leveza aos automóveis, menor consumo de combustível, maior velocidade, mais conforto e segurança, mas levam centenas de anos para se decomporem. 4) A produção de medicamentos com base em estudos

ção de novas substâncias. Isso acontece em nosso corpo o tempo todo. A par tir dos nutrientes contidos nos alimentos ingeridos, ele produz diversas substâncias que farão parte da constituição de nossas células. Julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. São reações químicas que estão presentes no cotidiano: 1) Cozimento dos alimentos. 2) Queima de combustíveis. 3) Degradação dos alimentos. 4) Amadurecimento de uma fruta. 5) Derretimento do gelo.

da química de produtos naturais tem evitado a morte prematura de milhares de pessoas, mas que são con-

O início do desenvolvimento da Química teve de contribui6. ções de diversas técnicas primitivas de domínio fogo. É

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

sumidos de maneira e equivocada. 5) Todo progresso que adesordenada Química proporciona justifica os desequilíbrios ambientais, afinal, ela traz muito mais benefícios do que malefícios. 9. Como verdadeiros detetives, os químicos trabalham nos laboratórios, identificando os materiais por meio de suas propriedades. Ao determinar as propriedades, eles podem , por exemplo, identificar a composição de alimentos e medicamentos. Consegue m também investigar a existência de substâncias tóxicas ou de adulterações, pois os materiais possuem as propriedades, físicas e químicas que os identificam. Nos laboratórios, os químicos utilizam as propriedades químicas ou físicas, e não as organolépticas, para identificar as substâncias. A este respeito, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. Podem ser diferenciadas pelas propriedades organolépticas: 1) Ouro e prata. 4) Alumínio e aço inox. 2) Álcool e água. 5) Vinagre e ácido muriático. 3) Sal e açúcar. 10. Juliano, um estudante de Química, precisava identif icar alguns materiais de três misturas compostas por dois compon entes cada. Para isso, seu professor, relacionou os componentes das misturas indicando as propriedades físicas e químicas das substâncias. Conforme a tabela abaixo:

possível considerar que a tecnologia nasceu quando o ser humano descobriu que podia fazer ferramentas a partir de diferentes materiais, tais como paus, ossos e pedras. Modernamente, o conceito de tecnologia está associado: a) Ao conhecimento especializado para produzir e aprimorar bens de consumo, mercadorias e serviços. b) Ao modo de se relacionar com à modernidade. c) À forma como as pessoas definem o que necessitam para ter qualidade de vida. d) À situação financeira do País. 7. O conhecimento tecn ológico e o científico são intimamente ligados. Com o avanço do conhecimento acerca da estrutura dos materiais, por exemplo, é possível gerar todo um aparato tecnológico para processar informações por meio de máquinas incríveis, conhecidas como computadores. A este respeito, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Todas as tecnologias mais avançadas, como a robótica, são derivadas de conhecimentos da estrutura dos materiais. 2) A ciência tende a se desenvolver na busca de soluções para os problemas da humanidade. 3) O conhecimento acerca da estrutura dos materiais possibilitou a tecnologia dos computadores.

4) As novas necessidades humanas i mpulsionam o desenvolvimento científico.

Mistura

5) O aperfeiçoament o tecnológico contri bui para o desenvolvimento da Ciência. 8. A Química tem garantido ao ser humano uma vida mais longa e confortável. O seu desenvolvimento permite a busca para solução de problemas ambientais , o tratamento de doenças antes incuráveis, o aumento da produção agrícola, a construção de prédios mais resistentes, a produção de materiais que possibilitam a confecção de novos equipamentos etc. Porém, existe um paradoxo para o desenvolvimento científico tecnológico que vivemos hoje em dia, que tanto traz benefícios para a sociedade, como também riscos para a própria sobrevivência humana. A este respeito, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) O desenvolvimento daagroindústria associado aouso de maquinários especiais aumentou a produtividade agrícola, mas trouxe também sérios problemas ambientais. 38

Co m p o n e n t e 1

C om po n e n te 2

1

Reage como oxigênio do ar.

2

Oxida em contato umidade.

Explosiva Corrosiva

3

Coramarela.

TE= 100º C

A respeito das propriedades relacionadas, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Na mistura 1foram relacionadas a propriedade física do 1 e a relacionadas propriedadeaquímica do componente 2) componente Na mistura 2 foram propriedade química do 2. componente 1 e a propriedade química do componente 2. 3) Na mistura 3 foram relacionadas a propriedade física do componente 1 e a propriedade física do componente 2. 4) Na mistura 1 foram relacionadas a pr opriedade química do componente 1 e a propriedade química do componente 2. 5) Na mistura 3 foram relacionadas a propriedade física do componente 1 e a propriedade química do componente 2.

11. Nem todas as propriedades permitem a identificação de subs-

que a água dissolve uma série de substâncias presentâncias. Algumas propriedades são comuns a diferentes matetes no pó e que são solúveis a quente, dando o sabor riais e, por isso, são denominadas propriedades gerais. característico dessa bebida. A este respeito, julgue os itens a seguir, marcando C para 14. Um professor de Química estava arrumando o laboratório os corretos e E para os errados. e encontrou dois frascos sem identificação e então os no1) A massa éuma propriedadeque permitedentificação i de um meou de frasc o 1 e frasco 2. Intrigado, ele fez alguns testes material. Substância s de mesma massa são iguais entre si. e obteve os seguintes gráficos: 2) O volume é uma propriedade que não permite a identi) ) ficação de um material, pois a substância líquida pode Gráfico Frasco 1 Gráfico Frasco 2 C C º( º( ter o mesmo volume e ser diferente. a a r r (e) 3) A temperatura de fusão não é propriedade geral ; é uma tu tu ra ra (d) (c) (d) e e propriedade física. (e) p p (a) (b) (c) (a) m m 4) A densidade é uma propriedade química. (b) e e T T

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

5) Uma propriedade característica de algo do físico que pode ser medido é denominada deuniverso grandeza. 12. Massa e volume são propriedades gerais da matéria, ou seja, são propriedades que qualquer material tem em função da quantidade. Já a razão entre a massa e o volume de um objeto depende do material do qual é feito, ou seja, é uma propriedade específica de cada substância, à qual se dá o nome densidade. Por ser uma propriedade específica, que expressa uma relação de medidas, a densidade é considerada uma: a) Grandeza. c) Propriedade organoléptica b) Propriedade química d) Unidade de medida. 13. Segundo o rótulo de um produto muito conhecido, a maneira correta de se preparar um delicioso chocolate quente é misturar duas colheres de achocolatado em 200 mL de leite quente. Uma pessoa com muita fome e pressa, resolveu adicionar o achocolatado ao leite frio. eElnotou que a dissolução do pófoi mais diferentemente quando eo nessas leite era aquecido. Com demorada, base nos conceitos de solubilidade informa-

soluto, enquanto o achocolatado é considerado o solvente. 2) De acordo com o texto, a solubilidade do chocolate em pó aumenta com o aumento da temperatura. 3) À mistura do soluto com o solvente damos o nome de solução. 4) Uma substância tem solubilidade diferente em cada solvente. 5) Um exemplo de aplicação do conceito de solubilidade no cotidiano é o processo de preparação do café, em

16. Observe o cartoon abaixo e responda os itens que se seguem: k c lic U ls a r e iv n U y b ts. i D

39

tura de fusão e de ebulição das substâncias a seguir, a 1 atm de pressão. A 50 °C especifique quais são os estados físicos dos materiais indicados abaixo. Mistura

Temperatura fusão (ºC)

2

3

4

Tempo

Analise as afirmativas em relação aos gráficos obtidos e julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) O gráfico do frasco 1, por ser uma substância pura, apresenta temperatura de fusão e ebulição constantes, durante a fusão e a ebulição. 2) O gráfico do frasco 2 pode corresponder a um material contendo a água e sal e o gráfico do frasco 1 pode corresponder a uma substância pura. 3) A etapa (a) do gráfico do frasco 1 corresponde ao estado físico gasoso. E a etapa (c) do gráfico do frasco 2 corresponde ao estado físico líquido. 4) A etapa (d) do gráfico do frasco 1 é conhecida como fusão, onde coexistem os estados líquido e gasoso. 5) Nos dois gráficos ocorrem curvas de aquecimento, pois a temperatura aumenta com o passar do tempo.

15. Copie a tabela abaixo para seu caderno e observe a tempera-

ções, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) De acordo com os conceitos daQuímica o leiteé considerado

/ n o sr te a W 5 9 9 1 © n o rs e tt a W ll i B s, e b b o H & & n vli a C

Tempo

1

Temperatura ebulição (ºC)

Estado Físico

Cloro

-101,0

-34,6



Flúor

-219,6

-188,1



Bromo

-7,2

58,8



Mercúrio

-38,8

356,6



Iodo

113,5

184



5

6

7

s e õ ç a rm o fs n a tr s a u s e s ia c n â t s b u S

I O L U ÍT P A C

Com relação aos seus conhecimentos acerca do tema, res5) Nos três sistemas ocorrem variação da temperatura em ponda C para as respostas corretas e E para as erradas. função do tempo. Dados: densidade do gelo igual a 0,92 g/cm 3 e da água 18. Observando o seguinte esquema e considerando que a 1,0 g/cm3 a 25 °C. 1) A resposta dada pelo adulto ao questionamento de massas dos fracos são iguais, mas as massas dos líquidos Calvin está cientificamente co rreta, já que o gelo, de são diferentes, é correto afirmar que: fato, necessita da energia solar para fundir. 2) Insatisfeito com a resposta obtida, Calvin decidiu pesSolução B quisar sobre o assunto e descobriu que existe uma reSolução A 1,0 L lação matemática que indica que a razão entre massa 1,0 L e volume é denominada densidade: (d = m/v). 3) Caso o personagem Calvin desejasse determinar o volume que o gelo ocuparia em uma garrafa preenchida com 740 g de água pura e depois colocada, sem tampa, em um congelador, encontraria um volume corresponde a 804,3 cm3. a) A solução A apresenta a maior massa e, consequente4) Por descuido, Calvin deixou cairuma peça de metal com mente, a maior densidade. massa de 23,48 g em um béquer que estava preenchido inicialmente com 34 mL de água pura, considerando que b) A solução B apresenta maior massa e, portanto, a menor o volume final atingiu 45 mL após o mergulho. É correto densidade. afirmar que a densidade desse metal é igual a 2,13 g/cm3. c) O fato de ambas as soluções apresentarem o mesmo 5) Calvin fez um pequeno experi mento, onde decidi u colovolume pouco influencia na densidade. car em um mesmo recipiente, água, gelo e uma bolinha d) Soluções que aprese ntam mesmo volume, sempre ap rede alumínio, considerando a densidade da bolinha de sentam a mesma densidade. alumínio igual a 2,7 g/cm3. Percebeu que o material mais denso é o gelo, pois flutuava na água. e) O esquema apresentado é insuficiente para indicar, teoricamente, qual das duas soluções apresenta a maior 17. Os gráficos I, II e III abaixo representam a variação da temmassa. peratura em relação ao tempo de três sistemas. i k sa a m a Y a i h t in C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

I Temperatura (ºC)

II Temperatura (ºC) Vapor

19. a140 u g á120 e d g100 0 0 1 r 80 o p l a 60 s e d 40 s a m 20 ra g

Vapor

Líquido

Líquido

Sólido

Sólido t (min)

t (min)

III Temperatura (ºC)

0

Vapor Líquido

NaNO3

KNO3 Pb(NO3)2 KC NaC MgC

0

20

40 60 80 Temperatura (ºC)

2

100

Considerando a solubilidade das substâncias apresentadas, julgue os itens em C para os corretos eE para os errados: 1) A solubilidade de todas assubstâncias, no gráfico, depende da temperatura e das características do solvente. 2) Na temperatura de 20 °C, o sal mais solúvel é o MgCl . 2 3) Na temperatura de 0 °C a 100 °C, na solubilidade do NaCl ocorre maior variação em relação às outras substâncias. 4) Na temperatura de 60 °C, o NaNO3 é mais solúvel que o KNO3. 5) Na temperatura de 40 °C, a solubilidade do Pb(NO3)2 é maior que 60 g/100 g de H2O.

Sólido t (min)

A respeito deste assunto, julgue os itens a seguir com C para os corretos e E para os errados:

1) O gráfico ao aquecimento uma substância, poisI corresponde durante a fusão e a ebulição adetemperatura permanece constante. 2) No gráfico II, durante a fusão e a ebulição, a temperatura varia, caracterizando uma mistura eutética. 3) De acordo com o gráfico III, o material aquecido é uma mistura azeotrópica. 4) Os gráficos I, II e III representam sistemas que possuem mais de uma substância sendo aquecida. 40

s e g a Im tyt e G / n so n a rl E tti r B

Materiais e processos de separação

2 O L U T Í P A C

Ensinando sobre processos de separação de lixo e reciclagem.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1 2 3 4

SEPARAÇÃO DE MATERIAIS PARA RECICLAGEM MATERIAIS E SUBSTÂNCIAS PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE MATERIAIS A QUÍMICA E O TRATAMENTO DO LIXO

41

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

1 Separação de materiais para reciclagem ck o str e tt u h /S a k t o h p

2 O L U ÍT P A C

Copos ee potes plásticos, vidros,deembalagens de papel de alumínio e latas alimentos são alguns dos materiais que precisam ser separados para reciclagem.

PARE E PENSE

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

O que devemos fazer com os materiais plásticos antes de destinar para reciclagem? Todos os materiais plásticos podem ser reciclados?

ck to S i/ s e g a im ss e in s u yb e k n o m

Tempo de vida médio do brasileiro é de aproximadamente 74,9 anos (IBGE, 2013).

Quando o problema é o lixo, uma questão é ponto-chave: o tempo necessário para que os materiais se decomponham quando são descartados no ambiente. De modo geral, analisando a composição química dos resíduos do lixo da nossa sociedade, esse tempo é relativamente demasiado. Então, o que fazer?

O MATERIAL E O TEMPO GASTO PARA A DECOMPOSIÇÃO 3 a 6 m es es ck o str e tt u h S / 6 9 a n e G

M ais de 5 an os

ck o t rs e tt u h S / d e lir d o ff a D

Mais de 100 anos k c o t rs te t u h /rS e ll e K s u s Je

6 meses a um ano

Mais de 13 anos

M a i s d e 20 0 a n o s

M a i s d e 20 a n o s

ck o str e tt u h S / n r o h p a d a s e J

ck o str e tt u h S / a g a vi G

M ais de 4 0 0 an os

Mais de 1000 anos

ck o str e tt u h S / n o o c

k c o str e tt u h S / k c a b

c ra y k c u L

m e co 9

Fonte: Consumo sustentá vel : manual de Educação. Brasília: International/MMA/MEC, 2005.

42

ck o str e tt u h /S e x A z P

I n d e te r m i n a d o k c o srt e tt u h /S o H g n a u Q

k c so tr e tt u h S /s t n e r e B

O lixo da sociedade atual é cheio de materiais cuja decomposição é muito lenta. Resta, então, encontrar alternativas que minimizem esse efeito e as consequências para o ambiente. Um caminho para a solução desse problema é apontado pelo Princípio dos Três Erres (3 Rs) –Reduzir, Reutilizar e Reciclar.

1

2

Alternativa para o lixo = 3 Rs io d u t S j M A

REDUZIR AO MÁXIMO A PRODUÇÃO

3

4

DE LIXO 5

REUTILIZAR TUDO QUE FOR POSSÍVEL D L N P O Ã Ç A G L U IV D

6

7

FACILITAR A RECICLAGEM

Esses princípios são alicerçados em um novo conceito sobre o que vem a ser lixo. Em geral, entende-se por lixo restos de tudo aquilo que fazemos, no dia a dia, e que consideramos inútil, indesejável ou descartável. Ocorre que boa parte do lixo, na verdade, não é lixo, pois muitos materiais que estão no lixo são materiais que ainda poderiam ser utilizados ou reciclados e estão, ali, no local inadequado. Assim, um dos objetivos do gerenciamento dos refugos urbanos é a REUTILIZAÇÃO de alguns produtos descartáveis. Frascos de vidro, que foram usados para acondicionar produtos alimentícios, podem ser reaproveitados na própria cozinha, ou servir de potes para guardar miudezas. Um sapato furado, uma roupa que ficou larga e o rádio que quebrou também não precisariam ser descartados: toda cidade tem pessoas especializadas no reparo desses objetos. Pneus velhos de carros podem ser reutilizados de váriassola formas: recauchutados, ganhamtriturados, nova vidapodem útil; recortados, podem virar de sapatos e outros artefatos; ser utilizados para fabricar tapetes ou misturados ao asfalto para pavimentação de estradas. É claro que o reaproveitamento nem sempre é viável. Existem materiais que, se reaproveitados, podem oferecer riscos à saúde. Frascos de produtos de limpeza ou de agrotóxicos, por exemplo, devem ser descartados. Basta usar o bom senso e seguir a orientação do fabricante, assim temos que nos preocupar se a reutilização do material é devidamente higiênica e respeitar as características dos materiais. 43

O uso de canecas éuma prática ambientalmente correta, pois evita oconsumo desnecessário de copos descartáveis.

ck o str tte u h /S a n la r e n in W

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

Outra opção para a diminuição do refugo urbano é RECICLAR. O material pode ser aproveitado como matéria-prima na produção de novos bens. Com isso, economizam-se energia e matéria-prima srcinal. A reciclagem consiste na recuperação de materiais, modificando-os em suas propriedades físicas e químicas, em processos de obtenção de novos materiais. Muitos desses processos são conduzidos por meio da fusão dos materiais, com posterior solidificação em um processo de moldagem para obtenção de novos objetos, como na reciclagem de metais, plásticos e vidros. Nesses processos, são adicionados outros materiais para conferir novas propriedades aos novos materiais que se deseja. Outros processos são caracterizados pelo desenvolvimento de reações químicas, como a reciclagem de papéis. O quadro a seguir apresenta informações básicas para a compreensão

2 O L U ÍT P A C

da importância da reciclagem. GERAIS SOBRE MATERIAIS QUE PODEM SER RECICLADOS O quadro a seguir INFORMAÇÕES apresenta informações básicas para a compreensão da importância da reciclagem. Material

Papel D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Plástico

Matéria-prima

Processos de produção

Processos de reciclagem

Vantagens da reciclagem

Madeira (80% do papel do Brasil é produzido a partir da madeira).

Cultivo da madeira (eucalipto e pínus). Tratamento por processos químicos e mecânicos para a obtenção da pasta de celulose. Fabricação de papel.

Catação. Moagem (pasta de celulose). Fabricação do papel.

Redução de lixo (o papel demora no mínimo três meses para se biodegradar; jornais e revistas ficam intactos por décadas). Economia de recursos naturais, como matéria-prima, energia, água (reciclar uma tonelada de papel poupa 22 árvores, consome 71% menos de energia elétrica e polui o ar 74% menos do que fabricá-lo).

Petróleo ou gás natural, ou carvão mineral.

Extração do petróleo. Refinação do petróleo, obtendo a nafta por destilação fracionada. Craqueamento da na decomposição nafta, que consisteem substâncias menores. Transformação de substâncias por meio da polimerização. Moldagem.

Catação de plásticos no lixo. Fusão do plástico. Filtragem das impurezas. Modelagem.

Redução do volume de lixo (o saco plástico demora quarenta anos para desaparecer, e as garrafas de plástico, cem anos). Economia de energia (1 kg de plástico equivale a 1 L de petróleo em energia). economizade130 Economia petróleo kg de (uma petróleo). tonelada reciclada Menor preço dos artefatos produzidos. Melhoria no processo de decomposição da matéria orgânica nos aterros sanitários. Obtenção de outros produtos, como calça jeans, carpetes, mangueiras, cordas, sacos e para-choques.

Vidro

Areia. Barrilha. Óxido de sódio. Calcário. Feldspato.

Extração da areia. Mistura das demais matérias-primas. Fusão. Conformação ou moldura. Recozimento. Acabamento.

Coleta seletiva. Limpeza. Prensamento e enfardamento. Fusão. Recozimento. Acabamento.

Diminui o volume de lixo nos aterros (uma garrafa de vidro leva 5 mil anos para decompor). Aproveitamento de 100% do material. Para cada tonelada de vidro reciclado, gastam-se 70% menos do que na fabricação. Diminui o processo de extração de areia em rios, o qual devasta matas, provoca erosões e assoreamento de rios. Para cada tonelada de vidro reciclado, economiza-se 1,2 tonelada de matéria-prima.

Metal

Minérios que contêm o metal combinado com outros elementos químicos. Carvão.

Extração do minério. Britagem, moagem e classificação. Transformação do minério para o estado metálico, reagindo com carvão em altos-fornos. Fusão do metal. Conformação do metal.

Seleção de sucatas no lixo. Fusão. Conformação.

Economia de energia gasta na redução de minérios (no caso do alumínio, o consumo de energia é vinte vezes menor e, no caso do ferro, 3,7 – para uma lata de refrigerante reciclada, a economia de energia equivale a uma televisão ligada por três horas). Economia em extração, transporte e instalação de siderúrgicas.

44

PERCENTUAL DO MATERIAL QUE É RECICLADO Material Resíduos orgânicos domésticos 1,5%

Matéria-prima

Material

Matéria-prima

tit u m e D ly e H :s o t o F

1

2

Embalagens de vidro 45%

3

Plástico 20,9%

Resina plástica PET (polietilenox–tereftálico) 58,9%

Óleo lubrificante 24%

Papelão ondulado 77% (volume total)

4

5

6

Papel 45,7% D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Latas de alumínio 97,29%

7

Fonte: . Dados de 2014.

Um bom e conhecido exemplo de reciclagem é o do alumínio. O impacto ambiental de sua reciclagem equivale a 10% do impacto causado pela produção com base no minério, matéria-prima srcinal. Por isso, seu sucesso. No de processo extração doalumínio consome-se grande quantidade energiadepara se obter um níveldo deminério, pureza desejado. Medemse, assim, os benefícios da reciclagem, considerando os diferentes impactos ambientais que vão da produção até a reciclagem. A reciclagem resulta de inúmeras atividades, como coleta, separação e processamento. Os materiais, que antes achávamos descartáveis, podem tornar-se matéria-prima na manufatura de bens, evitando a utilização de matéria virgem. Mas antes se deve analisar se a recuperação do resíduo é viável técnica e economicamente. Por exemplo, na atualidade existem poucas Apenas 3% dos resíduos sólidos do lixo são empresas especializadas na reciclagem de isopor; por isso, ess e material acaba reciclados no Brasil. virando lixo. O fato de o material ser potencialmente reciclável não quer dizer O Brasil recicla cerca de 97% das latinhas de alumínio. que a reciclagem vai ocorrer. Nesse sentido, um ponto fundamental é evitar o consumo de materiais que tenham pouca possibilidade de ser reciclado. Abolir o uso de isopor em trabalhos escolares é uma importante medida ambiental, a menos que seja para reutilizar isopor de embalagens. Devemos, ainda, tomar cuidado em campanhas de materiais recicláveis que induzem ao consumo dedemateriais “sem o sentimento de culpa”. Lembre-se: mesmo o processo reciclagem consome energia e quanto maior for o consumo do material, maior será a quantidade de matéria-prima a ser consumida. Esse é o problema de campanhas de coleta de garrafas PET e de latas de refrigerante: o resultado sempre contribui para o aumento desnecessário do consumo. Ao participar dessas campanhas ou de oficinas de material de sucata, lembre-se de que o foco deve ser a coleta de materiais que já foram descartados. Comprar materiais para reaproveitar as embalagens não é uma medida ambientalmente sustentável. 45

ck o str te t u h /S y a d a P

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

Destino dos resíduos não reutilizáveis ou recicláveis Todo material que não puder ser reutilizado nem reciclado deverá ter um destino adequado. Neste capítulo, vamos tratar do que fazer com os resíduos sólidos da atividade humana, que são chamados lixo. Como já vimos, antes de tudo, devemos pensar em formas de reduzir a produção dos resíduos, depois do reaproveitamento ou da reciclagem. O destino dos resíduos que sobram vai depender muito da natureza dos materiais, por isso olixo recebe classificações que são muito úteis, em termos de planejamento de disposição final. Veja a classificação no quadro a seguir.

2 O L U ÍT P A C

CLASSIFICAÇÃO DO LIXO Critério Natureza física

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Classificação Características/observações Seco Material seco: se separado adequadamente, poderá ser isolado com facilidade para reciclagem.

Exemplos Papéis, plásticos, metais, couros tratados, tecidos, vidros, madeiras, cerâmicas, guardanapos e toalhas de papel, pontas de cigarro, isopor, lâmpadas, parafina, porcelana, espumas, cortiças.

Úmido

Material úmido: o contato direto com o lixo seco leva muitos dos materiais a não serem reaproveitados.

Pó de café, chá, cabelos, sobras de alimentos, cascas e bagaços de frutas, verduras, ovos e legumes, alimentos deteriorados, ossos, podas de jardim.

Materiais originados de organismos vivos.

Restos de comida, cascas e bagaços de frutas, verduras, ovos e legumes, alimentos estragados.

Materiais de produtos manufaturados.

Plásticos, vidros, borrachas, tecidos, metais, alumínio, isopor, lâmpadas, velas, parafina, cerâmicas, porcelana, espumas, cimento.

Origem em Orgânico relação aos seres vivos Inorgânico

Disponível em: . Acesso em: 31 de dez. 2015. (Adaptado)

No lixo domiciliar, por exemplo, encontramos diversos materiais que podem ser reciclados. O lixo industrial precisa passar por processos especiais de tratamento para isolar os agentes poluentes. Já o lixo radioativo, perigosíssimo, tem de ser armazenado em locais muito bem isolados e protegidos. O lixo orgânico se refere aos restos de animais e vegetais, principalmente sobras de alimentos. Esses materiais se decompõem em curto prazo e, por isso, podem ser transformados em algum tipo de adubo. Essa classificação de “orgânico” não coincide com a utilizada na Química. Em Química, Orgânica é a área que estuda as substâncias de carbono; e Inorgânica, a área que estuda as substâncias dos demais elementos químicos. Durante o estudo da Química, em outros capítulos, vamos discutir com mais propriedade essa diferenciação de Química Orgânica e Química Inorgânica. Os materiais do lixo seco apresentam grande potencial para reaproveitamento ou reciclagem, mas podem ser prejudicados quando em contato com o lixo úmido. Em geral,

A classificação do lixo visa separar diferentes tipos de resíduos para que cada um deles tenha tratamento adequado à sua natureza.

s n e g a m I r sla u /P a k ta i k o T e r d n a x le A

oisso, lixorecipientes úmido temdesrcem em eseres (lixo Porde plásticos latasvivos devem serorgânico). secos antes colocados no lixo. Conclusão – regra básica para separação do lixo domiciliar: nunca misture lixo úmido com lixo seco. Os diferentes tipos de lixo têm propriedades físicas e químicas diferentes. O conhecimento das propriedades permite o desenvolvimento de tecnologias adequadas para tratamento. Esse estudo implica a necessidade do conhecimento da composição dos materiais. 46

1

Atitude Sustentável Destino de resíduos sólidos domésticos } } }

} }

Separe o lixo seco, como papéis, papelões, vidros, metais e plásticos, e entregue-os a um catador ou aos postos de coleta seletiva. Nunca coloque lixo úmido com lixo seco destinado à coleta seletiva. Preste atenção na separação do lixo seco nos coletores de coleta seletiva; muitos plásticos de embalagens, às vezes, são confundidos com papel, por exemplo, os chamados “papel de bala” que são de plástico, assim como há garrafas plásticas que se confundem com vidro. Materiais de madeira, tecido e isopor, em geral, devem ser reaproveitados e só são destinados à coleta seletiva quando envolvidos no processo de empresas especializadas no reaproveitamento ou reciclagem desses materiais. Plásticos aluminizados, espelhos e vidros planos, lâmpadas incandescentes, esponjas de aço, espumas, cerâmicas erecicladoras. canos são materiais de difícil reciclagem, pelo elevado custo operacional, ou seja, pela inexistência de empresas n ti e u q e S o d l a sv O

A rota do lixo

2

3

4

5

6

1. Consumimos e geramos lixo… 7

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

3. coletamos… 2. separamos…

4. reciclamos…

5. os produtos reciclados voltam aomercado…

6. o que não é reciclado vai para o aterro sanitário.

Disponível em: .

} }

} } } }

Papel higiênico, guardanapos, lenços de papel e fraldas descartáveis sujos não são recicláveis. Devem ir para o lixo orgânico. Pilhas de uso comum que receberam o selo de descarte e as do tipo botão usadas em relógios, calculadoras e brinquedos ainda podem ser descartadas em lixos domésticos, segundo resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama). Baterias de celulares, automóveis e industriais devem ser devolvidas à rede de assistência técnica autorizada e indicada pelas indústrias. CDs devem ser separados como lixo seco para reciclar como plástico normal. Cartuchos de impressoras – tente sempre a recarga, caso não seja mais possível, separar como lixo seco para reciclar como plástico. Roupas, brinquedos, materiais escolares e utensílios domésticos, ainda em condições de reaproveitamento, devem ser destinados às instituições sociais que os encaminhem adequadamente para comunidades assistidas. 47

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M 2 O L U ÍT P A C

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

Participação Cidadã

1. Procure o serviço de limpeza urbana de sua cidade ou estado e tente descobrir quanto lixo, em média, cada habitante produz por dia. Compare os dados obtidos com os dados apresentados na tabela abaixo e indique os fatores que podem contribuir para a diferença entre a produção diária de resíduos sólidos de diferentes estados.

Quantidade Diária de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU) em alguns estados do Brasil Quantidade diária RSU (hab/kg/dia) 0,663 0,630

Estados Tocantins Acre Sergipe Paraíba Alagoas Bahia Distrito Federal Mato Grosso Minas Gerais RiodeJaneiro D L N P O Ã Ç A G L U IV D

SãoPaulo Espírito Santo Paraná RioGrandedoSul

População 496 880 1 101 790

Quantidade RSU coletada (t/dia) 992 498

0,725 0,758 0,750 0,790 1,551 0,858 0,831 1,307

219 574 2 943 885 3 321 730 3 126 15 371 852 2372 224 3357 20 734 097 16461173

610 1 989 2 490 2 950 11 423 4 750 2 17 225 21518

1,381 0,777 0,746 0,725

44035304 885 3049 081 11 692 11 207 274

60810 019 3 262 8 123 8

Fonte: Abrelpe, 2014 e IBGE, 2014.

2. Analise atentamente, na tabela abaixo, os dados sobre a evolução histórica da caracterização dos resíduos no município de São Paulo.

Variação na composição dos resíduos sólidos em São Paulo (%) Tiposdematerial 1927 Matéria orgânica 82,5 Papel, papelão, jornal 13,4 PET, isopor, plástico — mole e duro Trapos e panos 1,5 Vidro 0,9 Metais e latas 1,7

1957 76 16,7

1969 52,2 29,2

—

1,9

2,7 1,4 2,2

1976 62,7 21,4

1991 60,6 13,9

1996 55,7 16,6

1998 49,5 18,8

2000 2003 48,2 57,88 16,4 10,45

5

11,5

14,3

22,9

16,8

3,8

2,9

4,4

5,7

3

2,6

1,7

1,7

2,3

1,5

7,8

4

3,5

2,8

2,9

3,3

2010

57,0 13,7

17,04

17,3

===

3,9

2,7

1,3

1,61 2,15

1,5

1,4

Disponíve l em: . Acesso em: 06 de jan. 2016.

Responda: a. Quais foram as mudanças que você observou em relação aos materiais jogados no lixo durante o período de 1927 a 2010 citado na tabela? Como você justificaria as mudanças? b. Que mudanças ocorreram no século passado em relação às embalagens dos produtos de consumo?

3. Relacione as embalagens que não devem ser reaproveitadas e justifique o motivo da restrição. 4. Cite as principais contribuições ambientais da reciclagem. 5. Julgue a opinião abaixo de uma pessoa que critica a coleta seletiva, apontando considerações econômicas e ambientais e apresente, com justificativa, a sua posição em relação ao argumento apresentado.“A coleta seletiva é um processo trabalhoso que somente beneficia a indústria de reciclagem, que não nos paga pelo trabalho que realizamos”. 6. Analise as campanhas de premiação promovidas pelas fábricas produtoras de refrigerantes em relação à coleta de latas para reciclagem, apontando aspectos positivos e negativos e justificando se elas devem continuar com essas promoções. 7. Quando a reciclagem não é recomendável? Justifique sua resposta. 48

2 Materiais e substâncias

1

k c o t rs e tt u h /S e o R te t e u g u H

2

3

A diversidade de composição e de uso de tintas, massas e argamassas, cimento e colas, demonstram que as pesquisas e análises químicas ganham importância cada vez maior.

R D L N P O Ã Ç A G L U IV D

eduzir o consumo de materiais tem sido o foco deste livro. Do ponto de vista da Química, o que vem a ser um material? Os materiais e as substâncias são objetos de estudo da Química. Para um estudo mais eficiente, é fundamental que tenhamos bem claro esses e outros conceitos. Para a Química, material é qualquer porção de matéria. De modo geral, podemos dizer que os materiais são misturas de substâncias. Por exemplo, o solo é formado pela combinação de minerais, óxido de ferro (FeO), silicatos (SiO2), água (H2O) etc.; o ar é formado pela mistura de gases nitrogênio (N2), oxigênio (O2), hidrogênio (H2) etc.; e o leite é uma mistura de substâncias: água (H2O), ácido láctico (C3O3H6), cloreto de sódio (NaCl) etc. Na natureza, poucas são as substâncias encontradas dissociadas de outras. O ouro (Au), o grafite e o diamante, que são formas do carbono (C), são exemplos raros dessas situações. Do ponto de vista operacional da Química, podemos definir material como porção da matéria que contém mais de umasubstância. Em geral, a matéria se apresenta como material, e não como substância. Normalmente, as substâncias podem ser extraídas de minérios. O ferro é obtido a partir da hematita e o cobre, da cuprita. Esse processo consiste em purificar o material, ou seja, reduzi-lo a uma substância. Para os químicos, puro significa que contém uma só substância . A pureza é um conceito relativo. A água da bela cachoeira pode ser pura o suficiente para tomar banho e lavar roupa, mas talvez não seja potável para consumo humano, como a água de uma nascente. Por sua vez, a água mineral, que é ótima para consumo humano, não serve para ser colocada em uma bateria de chumbo, usada em automóveis, por conter substâncias que diminuem a sua vida útil. Para tal finalidade, é utilizada água destilada. Essa água destilada poderá, no entanto, não ser suficientemente pura para determinadas aplicações químicas. Pode ser necessário o uso de água bidestilada. Esta, por sua vez, ainda conterá, em menores quantidades, outras espécies químicas que não a própria água. Como se pode notar, o conceito de substância é um conceito ideal. É possível obter graus de pureza maiores do que 99,99%, mas nunca teremos 100% de pureza. Na linguagem cotidiana, empregamos o termo “puro” para indicar que o material não foi adulterado, ou seja, não foi falsificado, é de boa qualidade, ou não está contaminado. Geralmente, essa denominação é usada também para indicar que o material é de srcem natural e não passou por adição de outras substâncias ou materiais. 49

4

5 ck o t rs e tt u h /S v o lk o V n ty n e l a V

6

7

A composição química do café inclui, além da cafeína, outras substâncias: as lactonas, que agem sobre o sistema nervoso central e são tão estimulantes quanto a cafeína; a celulose, que estimula os intestinos; os minerais, importantes para o metabolismo; os açúcares e o tanino, que acentuam o sabor; e oslipídios, que caracterizam o aroma.

Os reagentes usados pelos químicos em laboratório apresentam um grau de pureza muito elevado; no entanto, nem esses são 100% puros.

i t u m e D yl e H

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

Dessa maneira, o grau de pureza para classificação de um material como puro é relativo. Assim, por exemplo, o álcool 95° GL (95 mL de álcool e 5 mL de água) é considerado puro para determinados fins farmacêuticos. Para o químico, é uma mistura de água e álcool. Empregamos o termo substância quando o material tem um grau de pureza adequado aos parâmetros experimentais a que se destina. É muito difícil encontrarmos substâncias isoladas na natureza. A purificação dos materiais é frequentemente realizada em laboratórios. Assim, como vimos, os materiais encontrados na natureza ou nos produtos que consumimos são, em geral, misturas de substâncias. Neste capítulo, veremos mais adiante como podemos isolar as substâncias existentes nos materiais.

2 O L U ÍT P A C

i tt u m e D ly e H :s o t Fo

Muitos desses materiais são identificados nos rótulos como “puros”. Mas, apesar de puros quanto à srcem, são misturas de várias substâncias. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

açúcar puro

mel puro

café descafeinado

banha pura

Classificação dos materiais Analise os materiais apresentados nas fotos abaixo e procure classificá-los em dois grupos, usando critérios de aparência. it t u m e D yl e H s: o t o F

águaeóleo

saleaçúcar

águaeálcool

água e areia

Os químicos classificam os materiais quanto ao aspecto em duas grandes categorias: materiais homogêneos e materiais heterogêneos . Os homogêneos apresentam aspecto uniforme em toda a extensão, ou seja, de ponto a ponto. Os heterogêneos apresentam mais de um aspecto na extensão, ou seja, são multiformes de ponto a ponto.

Material homogêneo: é um tipo de material cujo aspecto é uniforme de ponto a ponto.

Material heterogêneo : é um tipo de material cujo aspecto é multiforme de ponto a ponto. Quando temos um material heterogêneo, cada região do material que apresenta os mesmos aspectos é denominada fase. Os materiais homogêneos têm apenas uma fase, por isso, são também chamados monofásicos. 50

Muitos materiais homogêneos podem se tornar heterogêneos, dependendo da variação da quantidade de um dos seus componentes. Por exemplo, se adicionarmos uma quantidade de sal superior à sua solubilidade em água em determinada temperatura, ou seja, superior à quantidade que a água pode dissolver àquela temperatura, este vai se depositar no fundo do recipiente, e teremos aí um material heterogêneo. Vemos, assim, que misturas de muitas substâncias podem ser homogêneas ou heterogêneas, dependendo das quantidades presentes no material.

1

2

3

Misturas e soluções Existem, porém, substâncias que, se misturadas a outras em quaisquer proporções, formam sempre um sistema homogêneo. Então, podemos

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

concluir que temos, propriamente dito, uma mistura, pois a dispersão das substâncias umas nas outras independe de quantidades. Dessa forma, os químicos denominam misturas apenas os materiais homogêneos que assim o são, independentemente, das proporções dassubstâncias presentes. Portanto, são denominados misturas os materiais como o ar e a água com álcool, nos quais, independentemente das proporções, sempre se obtém umaúnica fase. Os materiais que somente são homogêneos até determinada proporção de substâncias são denominados soluções. Assim, quando há limite para proporção entre as substâncias, a partir do qual há separação de fases, temos as soluções, como no caso do sal dissolvido em água.

Mistura: material que se apresentana forma homogênea independentemente da proporção em que estão as substâncias nele contidas. Solução: material que se apresenta na forma homogênea somente dentro do limite de proporção entre as substâncias nele contidas.

Óleo e água. Tipo de material heterogêneo com duas fases.

4

tit u m e D ly e H

5

6

7 ck o str e tt u h /rS e e r F

Muitos materiais são homogêneos em uma faixa de proporção entre as substâncias que os constituem.. Nas Essessoluções, materiais um são material denominados soluções em

Agregado e coloide A uniformidade de aspecto de um material depende do instrumento de observação utilizado. O que parece homogêneo a olho nu, pode não o ser quando observado com uma lupa ou com um microscópio. Nesse sentido, os químicos classificam os materiais heterogêneos em coloide e agregado. O agregado é um material cujo aspecto multiforme é percebido a olho nu ou com instrumentos ópticos de baixa resolução. Já os materiais cujo aspecto é uniforme, mesmo quando utilizados instrumentos ópticos de alta resolução, são classificados como homogêneos. O coloide é um tipo de material cujo aspecto multiforme somente é constatado com instrumentos ópticos de alta resolução, ou seja, por instrumentos que conseguem distinguir dois pontos diferentes, ainda que estejam bem próximos.

Agregado é um tipo de material heterogêneo, cuja multiformidade é constatada por meio de instrumentos de baixa resolução. Coloide é um tipo de material heterogêneo, cuja multiformidade é constatada apenas por meio de instrumentos de alta resolução. Do ponto de vista da Química, só denominamos materiais como misturas quando, em qualquer proporção que estejam as suas substâncias, elas permanecem com aparência homogênea. Em qualquer proporção que misturemos os gases da atmosfera, est a continuará homogênea. Em qualquer proporção que se misture água e álcool, esse material permanecerá homogêneo. 51

menor quantidade, o soluto, está dissolvido em outro em maior quantidade, o solvente. Para os químicos, o preparado de leite em pó não é uma mistura, pois ele só é homogêneo em determinada quantidade de leite adicionado em água. Se a proporção não for adequada, o que teremos é um material heterogêneo.

tit u m e D ly e H

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M 2 O L U ÍT P A C

Agregados com sólidos dispersos em líquidos ou gases são chamados de suspensão. Neles, a fase sólida tende a sedimentar quando o sistema fica em repouso. A percepção da uniformidade dos materiais dependerá do instrumento óptico a ser utilizado. Assim, um material homogêneo a olho nu pode ser considerado heterogêneo se for observado, por exemplo, em um microscópio. A uniformidade está relacionada à distribuição homogênea dos constituintes das diversas substâncias que o compõem. Essadistribuição, também conhecida como dispersão, ocorre de forma em que os constituintes de uma substância se dispersam entre os constituintes de outra substância, ou um material se A preparação de muitosantibióticos é um dispersa em outro material. Conforme o tamanho das partículas da substância exemplo típico de suspensão. Antes de tomar ou do material que está disperso, a sua aparência poderá apresentar-se medicamentos na forma de suspensão, não se homogênea ou heterogênea. i tt u m e D yl e H

esqueça de agitá-los bem, pois nas suspensões o material particulado geralmente decanta no fundo do frasco.

it t u m e D ly e H

Os coloides, como a gelatina, apresentam aspecto uniforme a olho nu, mas com instrumentos ópticos de maior resolução se apresentam com mais de uma fase.

i tt u m e D ly e H

Os agregados são materiais heterogêneos facilmente identificado s a olho nu. No copo acima temos um material heterogêneo, it constituído por várias fases, cuja multiformidade t u m e D pode ser percebida a olho nu: material argiloso yl e H (terra) depositado ao fundo, fragmentos de rocha (pedras), material argiloso em suspensão O granito é um material heterogêneo, na água (terra) e fragmentos de vegetais no qual se percebe claramente a existência de

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

flutuando na superfície.

partículas que estão disseminadas na rocha.

A identificação de que em um material existem partículas de tamanhos diminutos dispersas pode ser feita por meio da observação de um fenômeno luminoso que é demonstrado no experimento a seguir.

Atividade Experimental O que acontece com a luz ao atravessar diferentes materiais? Para observar o tamanho das partículas dispersas em um material, você poderá realizar este experimento no laboratório ou em sua casa, podendo ser desenvolvido também de forma demonstrativa pelo seu professor na própria sala de aula.

Materiais 5 béqueres (ou copos transparentes) 4 colheres (de café)

Areia Álcool

Xampu Cloreto de sódio (NaCl – sal de cozinha)

Água destilada (ou filtrada) Apontador a laser (pode ser substituído por uma lanterna pequena, desde que o ambiente esteja devidamente escurecido)

Procedimento 1. Adicione água destilada até 1⁄3 do volume de cada béquer. 2. Ao segundo béquer, adicione uma colher de álcool. Agite bem. 3. Ao terceiro béquer, adicione uma colher de cloreto de sódio. Agite bem.

52

Ao quarto béquer, adicione uma colher de xampu. Agite bem. Ao quinto béquer, adicione uma colher de areia. Agite bem. Deixe em repouso por cerca de 10 minutos. Observe os béqueres com as misturas, comparando-os com o primeiro, que contém apenas água. 8. Incida sobre cada béquer (na sequência de 1 a 5) o feixe de luz do apontador a laser. Observe o líquido perpendicularmente. Cuidado: não direcione a luz do apontador para o rosto das pessoas, porque ela pode causar danos aos olhos.

Destino dos resíduos 1. Decante a areia e jogue-a no lixo e não na pia. 2. As demais soluções podem ser descartadas na pia.

1

tit u m e D ly e H

4. 5. 6. 7.

2

3

Posicione o apontador a laser em relação ao recipiente com o líquido e observe o comportamento do feixe de luz

4

ao atravessar o material.

Análise de dados

5

1. Qual material você colocou em maior e em menor quantidade em cada béquer? 2. Observando a olho nu os materiais, o que é possível constatar ao incidir o feixe de luz em cada béquer? 3. Proponha uma explicação para as diferenças observadas a partir da passagem da luz nos diversos materiais.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

É possível perceber o trajeto da luz em um meio quando xeistem partículas que dispersam os raios luminosos. É o que conseguimos notar quando o feixe de luz atravessa o recipiente contendo água e xampu. Esse fenômeno, também percebido quando a luz dos faróis atravessa as gotículas de água da neblina, é chamado efeito Tyndall. Esse efeito não ocorre com a água pura nem quando nela existem partículas pequenas. Também podemos observar o efeito Tyndall quando a luz solar entra por frestas ou buracos da janela de quarto escuro. Nessede caso, conseguimos ver,ar.em virtude do reflexo da luz,um as pequenas partículas poeira dispersas no O termo coloide vem do gregokólla (cola) e eîdos (forma) e foi introduzido, em 1861, pelo químico escocês Thomas Graham [1805-1869], para indicar características intermediárias entre os materia is homogêneos e os heterogêneos. Como exemplo de coloides, podemos citar: tintas (pigmentos e solvente); maionese (azeite, vinagre, gema de ovo); xampus (surfactantes e aditivos); cremes de beleza (água, óleos e aditivos); gelatinas (colágeno e água); chantili (ar e creme de leite); neblina (água e ar); fumaça (materiais particulados e ar); gomas (resina ou amido e água);

sorvetes (gordura, aromatizantes e água); desodorantes spray (álcool, antitranspirante, gás propelente etc.); leite (gorduras e água); queijos (proteínas e água); sangue (glóbulos, plaquetas e plasma sanguíneo). Uma das propriedades dos coloides é provocar o efeito Tyndall, conforme verificamos no experimento anterior. O xampu adicionado à água no experimento formou pequenas micelas, que são partículas coloidais, as quais 53

6

tit u m e D ly e H

“Sob neblina, use luz baixa” . Essa recomendação na sinalização de estradas é necessária porque a neblina é um sistema coloidal e, por isso, sujeito ao efeito Tyndall. Se for utilizado farol alto, o feixe de luz irá se dispersar na frente do veículo, atrapalhando a visibilidade do motorista.

7

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

Imagem colorida de uma amostra de leite produzida utilizando-se um microscópico com aumento de 300 vezes.

2 O L U ÍT P A C

provocaram a dispersão da luz. Podemos dizer, portanto, que o coloide é constituído por partículas muito pequenas para serem vistas a olho nu, mas grandes o bastante para dispersar a luz. As partículas coloidais possuem tamanho entre 1 e 1 000 nanômetros (nm). Alguns coloides recebem denominações específicas, cujos termos são encontrados em muitos produtos químicos de uso doméstico. Essas denominações são derivadas da classificação dos coloides, de acordo com as fases dispersas e de dispersão. A tabela a seguir apresenta exemplos de coloides usados em nosso dia a dia, com a sua respectiva classificação. As emulsões são constituídas por materiais imiscíveis, como óleo e água. Para que as fases não se separem, são usados agentes emulsificantes, os quais são constituídos por moléculas com uma extremidade polar e outra apolar.

CLASSIFIC AÇÃO DOS COLOIDES DE ACORDO COM A FASE DISPERSA E O MEIO DE DISPERSÃO

i tt u m e D yl e H

Coloide Fase dispersa Meio de dispersão

Exemplos neblina, desodorante

Aerossol líquido D L N P O leite e vários de seus derivados são O exemplos de coloides. Apesar de terem uma à aparência homogênea, apresentam partículas Ç A que podem ser visualizadas em um microscópio. G L U IV D

Aerossol sólido

Espuma

líquido

gás fumaça, poeira

sólido

gás

gás

espuma de sabão e de combate a incêndios

líquido isopor, poliuretano

Espuma sólida

gás

sólido leite, maionese, manteiga

Emulsão

líquido

líquido margarina, opala, pérola

Emulsão sólida

Sol

líquido

sólido

sólido

líquido tinta, creme dental vidro, plástico pigmentado

Sol sólido

sólido

54

sólido

ck to rs tte u h /S i n ti o D

k c to s r e tt u h S / in h is M v a l s o r a Y

ck o str tte u h /S in yg r a Y

ck tso r te t u h S tr/ isA il M

ck o str te t u h /S 4 2 t it B

k c o t rs te t u h S / a syr a G

ck to sre tt u h S / e n n A h a e L k c o ts r e tt u h /S to o h P L X X

F o t os r

52 / Sh

u t te r s

O gel é um tipo de coloide, em que o meio de dispersão é sólido e a fase dispersa é um líquido. Além disso, ele apresenta uma característica especial: possui propriedades macroscópicas (elasticidade e manutenção da forma) parecidas com as dos sólidos. Exemplos típicos são a gelatina (sobremesa) e os géis usados nos cabelos. O álcool que compramos no supermercado é uma mistura de álcool etílico (etanol), água e aditivos, que lhe conferem sabor desagradável. O álcool comercial é um produto muito útil, sendo utilizado como combustível, desinfetante e desengordurante. Porém, ele é extremamente perigoso. Muito inflamável, o álcool é responsável, no Brasil, por cerca de 1 000.000 (um milhão) de queimaduras por ano; quase um terço delas ocorre com crianças O creme é uma emulsão de água em óleo. até 12 anos. Ele também está associado a um grande número de intoxicações Na composição dos cremes e das loções são

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

causadas por sua Para evitar essesingestão. problemas domésticos, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa) baixou uma resolução decretando que o álcool etílico, para consumo doméstico, deverá ser vendido na forma de gel. Esse gel é obtido pela adição de propilenoglicol (C 3H8O2), que lhe confere alta viscosidade e diminui a sua volatilidade, reduzindo o risco e a intensidade das queimaduras. Também, nesse caso, são adicionadas substâncias que lhe conferem um sabor amargo. Atualmente, os géis têm encontrado aplicação em uma enorme variedade de produtos, entre as quais citamos os solados de tênis com objetivo de diminuir impactos que ocorrem em esportes, formulações de cloro gel, destinadas à limpeza de pisos e roupas, e rodas em gel, substituindo a borracha. Um coloide oposto ao gel é o sol. No sol, o meio de dispersão é um líquido e a fase dispersa é um sólido, e a mistura tem a aparência de um material líquido. Quando o pó de gelatina é aquecido em água forma um sol. i tt u m e yD l e H

t oc k

encontrados também agentes emulsificantes, substâncias que mantêm a emulsão estável. Se não fossem os emulsificantes, o óleo e a água se separariam, descaracterizando o produto.

k c o t rs e tt u h S / n o sl e iz N u S

Gel

Quando aquecido em água, o pó de gelatina forma um coloide denominado sol. Depois de resfriado na geladeira, forma um coloide denominado gel.

Do que foi visto, considerando o tamanho das partículas que estão dispersas em um material, ele poderá ser classificado como solução, coloide ou agregado, conforme o quadro abaixo.

Solução

Menorque1nm

Coloide

De1000 a nm

Agregado

Maiorque1000nm

nm = nanômetro (1 nm = 10–9 m). 55

3

4

5

7

O etanol é comercializado na forma de gel para diminuir o risco de acidentes.

CLASSIFICAÇÃO DE MATERIAL QUANTO AO TAMANHO DAS PARTÍCULAS QUE ESTÃO DISPERSAS Material Tamanhodapartícula

2

6

i tt u m e yD l e H

Sol

1

H

y el

De

ut m

ti

O rubi é um exemplo de coloide sol sólido, em que a fase dispersa é o óxido crômico (Cr2O3), que está disperso em óxido de alumínio (Al2O3). O chamado vidro rubi (vermelho) é constituído por ouro disperso no vidro.

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

ck o str e tt u h S / e it m o r te n A

2 O L U ÍT P A C

A maioria das tintas é coloide constituído por pigmentos dispersos em solventes.

apenas uma substância. Conforme visto, os materiais podem ser classificados conforme o sistema a seguir.

ck o str tte u h S / R U im T

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

O sistema de classificação dos materiais apresentado é operacional, ou seja, depende do observador e do instrumento utilizado para observação. Não há uma regra geral que permita definir se dois materiais, quando misturados, vão formar um agregado ou um sistema coloidal. Esses resultados são obtidos experimentalmente, dando à Química seu caráter experimental. Enquanto os materiais podem formar sistemas homogêneose heterogêneos, as substâncias geralmente se apresentam em sistemas monofásicos, mas também podem se apresentar em sistemas heterogêneos. Isso acontece quando, por exemplo, temos um copo com água destilada nosestados líquido e sólido. Veja, então: não temos como diferenciar substância de materiais pelas aparências, pois os sistemas homogêneos podem ser uma substância ou um material. E ainda é possível ter sistemas heterogêneos, nos quais se encontra

material

Uma substância geralmente se apresenta em um sistema monofásico. Em alguns casos, porém, pode se apresentar com mais de uma fase, como esse copo que contém água destilada nos estados líquido e sólido.

homogêneo

s o lu ç ã o

heterogêneo

mistura

Exercícios

a g reg a d o

c o lo i d e

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Explique por que não podemos identificar pela aparência a

2) Os coloides são facilmente perceptíveis a olho nu. 3) Sol é uma dispersão c oloidal, na qual o meio de dispersão e o disperso são líquidos. 4) O efeito Tyndall pode ser utilizado para identificação de sistemas coloidais.

pureza dos materiais que são lançados no lixo.

2. A água de torneira é uma solução ou uma substância? Justifique.

3. Em que sentido geralmente se emprega o termo pureza? 4. Como o químico identifica o grau de pureza de um mater ial? 5. Em que consiste o efeito Tynda ll e onde ele é mais evidente,

9. A gelatina, tanto dissolvida na água após o seu aquecime nto como resfriada, e a maionese são consideradas coloides ou soluções? Qual é o meio de dispersão e o disperso em cada caso?

num coloide ou numa suspensão?

6. Qual é a diferença entre solução, coloide e agregado? 10. Produtos, como o chantili e o sorvete, são vendidos em potes de plástico ou, no caso do chantili, na forma de spray. E 7. Nos itens a seguir, classifique os materiais em: solução, trazem, indicado na embalagem, o volume em vez da massa. Responda aos itens utilizando os seus conhecimentos. a) Como poderiam ser classificados esses dois materiais coloidais? b) Por que eles são vendidos em volume e não em massa? 11. Quando se coloca óleo no vinagre obtém-se um material homogêneo. No entanto, se misturarmos o óleo e o vinagre com as gemas de ovos, sob agitação constante, forma-se uma mistura de aspecto uniforme: a maionese. a) Que tipo de material coloidal é a maionese? b) Explique por que o óleo se misturou com o vinagre ao serem adicionadas as gemas de ovos.

mistura gasosa, coloide ou agregado. a) O ar atmosférico (par tículas sólidas da poeira, substâncias

gasosas). b) A fumaça dos grandes centros urbanos de clima frio (impurezas da fumaça; pó natural; neblina úmida, condensada).

c) Loção de leite para limpeza de pele, em repouso. d) Suco de laranja natural (laranjas e água). e) Suco de laranja artificial (pó para suco e água).

8. Em relação aos m ateriais coloidais, jul gue os itens, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Gel é uma dispersão coloidal, na qual o meio de dispersão

é sólido, e o disperso é líquido. 56

12. Julgue os itens abaixo, marcando C para os corretos e E

Sistema II: mistura de 2,0 L de CO 2, 3,0 L de N 2 e 1,5 L de O 2.

1

para os errados. Sobre esses sistemas é correto afirmar que: 1) A característica que diferencia soluções verdadeiras de a) Ambos são heterogêneos, pois apresentam mais de dispersões coloidais e de suspensões é a dimensão das uma fase. 2 partículas. 2) Em uma emulsão, a fase dispersa e dispersante são, b) Em I, o sistema é bifásico, após forte agitação, e, em II, respectivamente, líquida e sólida. é monofásico. 3) O efeito Tyndall pode ser observado quando um feixe c) Em I, o sistema é trifásico, após forte agitação, e, em II, 3 luminoso atravessa uma solução coloidal. 4) Os materiais heterogêneos podem se apresentar na foré monofásico. ma de coloides ou como agregados. d) Ambos apresentam uma única fase, formando sistemas 5) As emulsões são constituídas por materiais miscíveis. 4 homogêneos. (UnB-DF) Julgue os itens abaixo, marcando C para os core) Em I, o sistema é trifásico, independe ntemente da ordem 13. retos e E para os errados. de adição dos componentes, e, em II, é bifásico. 1) A água é um material heterogêneo que resulta da reu5 nião de hidrogênio e oxigênio. 18. Observe os sistemas abaixo: 2) Materiais quimicamente puros são de srcem natural. 3) Produtos químicos, como detergentes e loções para a pele, contêm mais de uma substância. 6 4) Uma substância sempre constituirá um sistema monofásico. 14. (FEI-SP) Num tubo graduado A, adicionaram-se água, óleo de cozinha e álcool etílico, nessa ordem. Em um tubo B, adicio7 naram-se álcool etílico, água e óleo de cozinha, nessa ordem. FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO. I II III O número de fases nos tubosA e B são, respectivamente: (Dados: densidade da água > densidade do óleo > densida- Com relação aos sistemas acima julgue os itens, marcando de do álcool) C para os corretos e E para os errados. a) 3 e 3. c) 2 e 3. e) 1 e 1. 1) O sistema I é homogêneo, por apresentar um aspecto b) 2 e 2. d) 3 e 2. descontínuo de ponto a ponto. Em algunsempaíses, o lixo diferentes. orgânico e 15. o(Fuvest-SP-Adaptado) 2) O sistema II é heterogêneo, por apresentar duas fases. lixo inorgânico são colocados recipientes Devem ser colocados no recipiente rotulado “lixo inorgâ3) O sistema III é homogêneo, pois o gás está dissolvido nico”, seguindo a classificação de lixo quanto à srcem de no líquido. seres vivos: 4) Os sistemas II e III são heterogêneos, por apresentarem a) Cacos de vidro e latas de refrigerante. b) Trapos de limpeza e cacos de louça. aspectos multiformes com mais de uma fase. c) Cascas de ovos e de frutas. 5) Os sistemas I, II e III podem tanto serem homogêneos d) Embalagens de plástico e de alumínio. quanto heterogêneos, dependendo da quantidade dos e) Papel e flores murchas. componentes. 16. (PUC-SP) Considere as substâncias que se seguem e os i k sa a m a Y a i h t in C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

correspondentes estados de agregação nas condições ambientais: I – Cloreto de potássio (sólido). II – Bromo (líquido). III – Água (líquido). IV – Monóxido de carbono (gasoso). V – Nitrogênio (gasoso).

19. Observe os seguintes exemplos abaixo: I – Isopor II – Espuma III – Manteiga IV – Água mineral

Entre essas substâncias, aquelas que, misturadas em quaisquer

proporções, sempre formam sistemas monofásicos são: a) IV e V. c) II e III. e) III e IV. b) I e III. d) III e V. 17. (UFRGS-RS) Analise os sistemas materiais abaixo, estando ambos na temperatura ambiente. Sistema I: mistura de 10 g de sal de cozinha, 30 g de areia fina, 20 mL de óleo e 100 mL de água.

57

V – Leite integral VI – Água com gelo VII – Tronco de uma árvore VIII – Solução com etanol e água. IX – Ar atmosférico limpo e seco. O número de itens que ilustram materiais heterogêneos são:

a) 2

b) 3

c) 4

d) 5

e) 6 57

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

3 Processos de separação

de materiais

C

2 O L U ÍT P A C k c o t rs e tt u h S / 2 tta o D

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

omo vimos anteriormente, é raro encontrarmos na natureza materiais puros. A água encontrada em rios, lagos e mares, por exemplo, é uma solução cujos solutos são sais minerais e gases dissolvidos. Contudo, de modo geral, os químicos precisam controlar muito bem as reações e os processos desenvolvidos em seu trabalho, o que exige, normalmente, o uso de substâncias. Para obtê-las, são utilizados dois processos básicos: a síntese química (processo químico) ou a extração de

materiais (processo físico). Muito comumente, esses dois processos são empregados de forma combinada. A síntese química é o processo a partir do qual reagentes e condições físicas são controlados de forma a se obterem novas substâncias ou materiais desejados. Ela ocorre, por exemplo, nos processos de fermentação, na produção de sabão e na indústria petroquímica. Existem diversosprocessos de separação Nos processos físicos não há formação de novas substâncias, mas obtêmde materiais . Um deles é por diferença de se substâncias por meio de sua extração de materiais, nos quais elas estão densidade. presentes associadas a outras substâncias. Como exemplos de processos físicos, podemos citar a extração de essências de vegetais para produzir perfume, a destilação da garapa fermentada para produção de álcool e a extração de diferentes componentes do petróleo. Geralmente, após a extração, os materiais são purificados até se obter o produto nas condições desejadas. Os processos utilizados para a extração de substâncias, chamados separação de mistura ou purificação de materiais, correspondem a uma das atividades básicas do químico. Muitos desses processos são empregados diariamente por você. Entre os processos utilizados diariamente para separar materiais, podemos PARE E PENSE citar: coar o café, catar o feijão, centrifugar a roupa na máquina de lavar, Cite exemplos de métodos de aspirar a poeira do chão, peneirar areia, fazer coleta seletiva de lixo etc. separação de materiais que você Todos esses métodos envolvem técnicas simples e podem ser explicados conhece. por meio das propriedades dos materiais. Por exemplo, a coleta seletiva Qual é o método convencional exige a separação correta de materiais, que, muitas vezes, confundem as para separar partículas e pequenos pessoas. Por exemplo, o “papel de bala” atualmente é feito de plástico e organismos da água que bebemos deve ser separado como plástico. Mais do que a aparência, temos de observar em nossa casa? atentamente as demais propriedades dos materiais. Como você pode separar uma mistura A seguir, vamos conhecer os principais processos usados pelos químicos de areia e água? em laboratórios, muitos deles empregados por você em casa. m e g a Im a lh o F/ ira ie V ca u T

m e g a Im C /J a p p e h c S ia l e H

Nas indústrias e nos laboratórios de Química são empregados diversos processos de separação e de extração para purificação dos materiais. 58

Filtração

1

Toda vez que você pega um copo de água do filtro de sua cozinha, você está diante de uma operaçãolargamente utilizada nos laboratórios de Química para separar um líquido de um sólido insolúvel. No processo de filtração, o sólido fica retido no filtro, enquanto o líquido passa. Existem vários tipos defiltros com espessuras diferentes, que são usados de acordo com as propriedades dos materiais que se quer separar. A filtração também pode ser utilizada para separar determinado sólido de um gás. É o que faz o aspirador de pó e o filtro de ar dos automóveis. Os filtros são muito utilizados tanto em laboratórios quanto em indústrias.

ck o str e tt u h S l/ a rG o N

2

3

4 ck to rs e tt u h /S a v o n a Iv a y n A

A filtração em talhas ou filtros de barro é feita por velas constituídas por material poroso que retém impurezas presentes na água.

5

6

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

7

PARE E PENSE

É possível separar o óleo da água por filtração? Por quê? A técnica de filtração é também muito empregada em laboratórios.

A filtração é uma prática muito comum em laboratórios de Química. Dependendo do que se quer filtrar, usam-se filtros com porosidades diferentes.

Atividade Experimental Separando materiais sólidos de líquidos Esse experimento é bem simples e faz parte do dia a dia. Na falta dos materiais listados, você poderá usar a criatividade para substituir alguns deles (por exemplo, preparando um funil utilizando garrafa PET de refrigerante).

Materiais Anel metálico

Papel-filtro

2 béqueres

Funil de vidro

Água

Bastão de vidro

Areia

Procedimento Parte A – Aprendendo a dobrar o papel-filtro 1. Dobre o papel-filtro ao meio formando um semicírculo. 2. Faça uma segunda dobra não exatamente ao meio, mas, de tal modo, que as duas extremidades fiquem afastadas mais

ou menos meio centímetro.

3. Coloque o papel-filtro no funil e molhe-o com água. Coloque o conjunto sobre o anel metálico preso à haste metálica. 59

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

Parte B – Aprendendo a filtrar 1. Coloque no béquer cerca de uma colher de areia e de 100 mL de água (aproximadamente meio copo). 2. Filtre a suspensão preparada, vertendo-a lentamente no funil e coletando o líquido no outro béquer. 3. Cuidadosamente , com o auxílio do bastão de vidro, retire a areia do papel-filtro, colocando-a em outro béquer.

Destino dos resíduos

2 O L U ÍT P A C

1. O resíduo sólido dessa atividade deve ser devolvido à srcem ou descartado no lixo seco. O material filtrado pode

ser descartado no sistema de esgoto. 2. Como a água não será utilizada para consumo, o papel-filtro pode ser lavado, secado e reaproveitado em

outras práticas.

Análise de dados

1. As propriedades físicas específicas são características das substâncias, sendo as mais utilizadas a

densidade, a solubilidade, a temperatura de fusão e ebulição. Com base no que você obs ervou, de qual propriedade específica depende o processo de filtração? 2. Qual é a propriedade, ou seja, a carac terística que um material deve ter para ser usado como filtro?

Decantação D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Além da filtração, pode-se separar a areia da água por decantação. É um processo físico natural, que permite separar um material sólido ou líquido de outros materiais que têm densidades diferentes e não são miscíveis (não se misturam). A decantação diferencia-se da filtração por não utilizar nenhum tipo de filtro e por ser feita a partir da separação natural das fases. A filtração não poderia ser utilizada para separar dois líquidos, como água e óleo, porque os dois passariam pelo filtro. No laboratório, para separar doiscomo líquidos imiscíveis,nacomo e óleo, utiliza-se um funil de decantação, o mostrado foto.água Se possível, faça essa separação no laboratório da escola ou na sala de aula, em mesa apropriada. Se necessário, o funil de separação pode ser substituído, de forma rudimentar, poruma garrafa descartável de refrigerante, cortando-se o fundo e utilizando a tampa para abrir e fechar, a fim de que apenas o líquido de O funil de decantação possibilita a separação de líquidos imiscíveis com densidades baixo escoe. Nas indústrias, são utilizados tanques de decantação, onde os materiais diferentes pelo controle da torneira. mais densos são depositados. Esses tanques são encontrados também no sistema de tratamento de água e neles ficam depositados areia e outros materiais sólidos. PARE E PENSE i tt u m e D yl e H

tit u m e D yl e H

É possível extrair o álcool do vinho por decantação? Por quê? Nos tanques de decantação dos sistemas de tratamento de água são depositados os materiais sólidos. No caso dos plásticos, eles serão separados por grades metálicas. Alguns materiais dificultam o funcionamento do sistema, por isso, não jogue, no vaso sanitário, sólidos, como areia, plásticos, fraldas descartáveis etc., pois esses materiais poderão entupir o esgoto ou vão onerar seu tratamento no processo de decantação. 60

Centrifugação

1

A centrifugação nada mais é do que a decantação forçada, quando esta é muito lenta ou não ocorre naturalmente. O material é submetido a um movimento circular, medido em rotações por minuto (RPM), que, pela força centrífuga, leva o material mais denso a se depositar no fundo do tubo.

2

Flotação

3

A flotação é um processo que tem, como princípio, a separação de misturas pela introdução de bolhas de ar a uma suspensão departículas. Nessa técnica, as partículas que se deseja isolar aderem às bolhas, formando uma

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

espuma é removida da solução. Paraseja isso,possível é necessário as partículas tenham que dimensões coloidais, para que que asque bolhas de ar as carreguem. Esse princípio é inverso ao da decantação, em que as partículas são sedimentadas no fundo do recipiente. Na flotação, as partículas ficam boiando na espuma. A flotação é empregada na separação de minerais em mineradoras, na recuperação de corantes em indústrias de papel, no tratamento de água e esgoto e na separação de plásticos. Na mineração, a rocha é triturada e as partículas do minério são separadas das impurezas, com adição de óleo, ao qual elas aderem e formam uma espuma com a adição de jatos de ar. As impurezas são decantadas no tanque e as partículas do minério em suspensão são separadas. Na reciclagem de plásticos, a flotação é utilizada para separar o PET do policloreto de vinila (PVC).O material plástico é trituradoe lavado e, em seguida, a ele é adicionado agente surfactante, que propicia a formação de bolhas.

ck o str e t u h /S in k l u B m e rt A

A centrífuga é muito utilizada em análises clínicas de sangue. Nela são colocados tubos de ensaio com sangue que, ao serem rotacionados em alta velocidade, causa decantação de material sólido no fundo dos tubos, os quais são separados para análise.

Na flotação de minérios, as partículas do minério ficam suspensas em bolhas, as quais são retiradas da superfície e depois tratadas para isolamento do minério.

O processo usado para separar o álcool do vinho é a destilação. Ela se baseia na diferença de temperatura de ebulição dos componentes dos materiais. Durante o aquecimento, as substâncias que atingem a temperatura de ebulição evaporam-se. Depois, por refrigeração, voltam ao estado líquido e são recolhidas. 61

5

6

7

ck o t rs e tt u h S / n n n a Iv

Destilação

4

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

A destilação é um processo largamente utilizado na sociedade em que vivemos. A partir da destilação de caldo de cana fermentado se obtém cachaça. Nesse caso, a destilação ocorre por meio de alambiques. Alambiques são destiladores feitos de cobre, vidro ou aço inox. Os alambiques, como o ilustrado abaixo, são constituídos por uma base (1), chamada caldeira ou panela, na qual se coloca o material a ser destilado, conectada ao capitel ou capacete, que tem a função de resfriar os gases liberados. O capacete (2) é ligado a um tubo no formato de pescoço de cisne (3), que transporta os vapores até a serpentina. A serpentina (4) é um tubo no formato de espiral, disposto em um recipiente, no qual circula água fria. Nesse local, os vapores serão condensados por resfriamento e apresentam grande quantidade de álcool etílico. O líquido, então, é recolhido em um

2 O L U ÍT P A C

recipiente adequado (5). se dá esse processo, acompanhe atentamente a Para entender como demonstração do experimento a seguir. 3

2

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

4 1 5

No alambique ocorre a destilação do caldo de cana fermentado, chamado mosto, produzindo aguardente.

in t e u

q e S o d l vsa O

Consulte as normas de segurança no laboratório, na última página deste livro.

Atividade Experimental Separando álcool do vinho Experiência demonstrativa

Esse experimento deve ser feito com o auxílio do professor no laboratório da escola ou em uma sala apropriada. Caso a escola não disponha dos equipamentos necessários, procure visitar algum laboratório que tenha um sistema de destilação. Você também pode montar um sistema de destilação artesanal.

Materiais Bico de Bunsen Béquer Suporte metálico Anel metálico Tela de amianto Condensador

Balão de destilação Termômetro Mangueiras de borracha Erlenmeyer Garras metálicas Vinho tinto

62

it t u m e D yl e H

1

Destilação simples Termômetro Saída de água

QCI1_I141

2

Condensador Material a ser destilado

O balão de destilação pode ser substituído por uma jarra de cafeteira elétrica, que resista ao aquecimento, e o condensador, por uma mangueira enrolada no interior de uma garrafa descartável de refrigerante do tipo PET. Use a criatividade para substituir alguns desses materiais, mas tenha sempre muito cuidado.

Suporte metálico

Bico de Bunsen

Balão de destilação Tela de amianto Suporte metálico

3

Entrada de água Erlenmeyer

Tripé

Líquido destilado

in t e u q e S o ld a svO

4

5

Procedimento 1. Monte a aparelhagem para a destilação

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

2. 3. 4. 5.

6

(cuidado para não submeter o vidro a pressões excessivas). Coloque o vinho no balão de destilação. Abra com cuidado a entrada de água para o condensador e depois inicie o aquecimento do balão. Colete o destilado em um béquer e observe. Anote a temperatura durante a destilação.

Destino dos resíduos O resíduo líquido dessa atividade pode ser descartado no sistema de esgoto, em água corrente, e o resíduo sólido pode ser descartado no lixo seco.

Análise de dados 1. De acordo com o que você observou durante a ebulição do vinho, a temperatura permaneceu constante? Justifique 2. 3. 4. 5. 6.

com base em seus conhecimentos. Qual é a temperatura de ebulição do vinho nessa destilação? Explique como o álcool foi separado do vinho. A temperatura de ebulição do álcool será sempre a mesma? Justifique. Qual é a finalidade da passagem da água no condensador? Qual é a propriedade física utilizada para separar substâncias por meio da destilação?

Destilação fracionada A destilação fracionada é um processo de separação que se baseia na diferença da temperatura de ebulição dos componentes da mistura. Os materiais temperaturas são colocadosdeemebulição recipientes aquecidos. substâncias, possuem mais ebaixas, entramAsem ebulição e que são expulsas do líquido. À medida que atemperatura aumenta, outras substâncias atingem temperaturas de ebulição e mudam de estado físico, sendo expulsas do líquido. Os vapores, que são expulsos do líquido, passam por uma alta coluna de fracionamento. A temperatura da coluna diminui gradativamente da base ao topo. Dessa forma, os líquidos mais voláteis se liquefazem primeiro e são retirados da coluna por saídas laterais. As substâncias mais voláteis sobem mais 63

7

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

tit u m e D ly e H

e são retiradas da coluna na sequência. Nesse sistema, cada substância, ou grupo de substâncias, com valores de temperatura de ebulição próximos, sai à determinada altura da coluna, permitindo a separação de misturas formadas por grandes variedades de substâncias. Uma das aplicações mais comuns da destilação fracionada é no refino do petróleo. Nesse caso, a destilação industrial é realizada em uma coluna cilíndrica, chamada torre de destilação, que apresenta escoadouros, onde a cada espaço são retirados frações ou produtos com diferentes temperaturas de ebulição. No caso do petróleo, as frações mais comuns são: gás natural, gás liquefeito de petróleo (GLP), éter de petróleo, benzina, gasolina, querosene, óleo diesel, óleo lubrificante, vaselina, parafina, asfalto e coque.

2 O L U ÍT P A C

s n e g a m I r a ls u P s/ ve a h C s n e b u R

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Na destilação fracionada são separadas substâncias que apresentam diferentes temperaturas de ebulição. Observe que, no caso, o tubo acima do balão de destilação é mais comprido do que o tubo da destilação simples. Assim, os vapores das substâncias com menor temperatura de ebulição condensam antes de entrar no condensador, e somente depois que as substâncias mais voláteis forem condensadas é que as outras vão se condensar.

As frações do petróleo são separadas por meio de torres de refinação, nas quais cada fração, que contém uma mistura de substâncias, é condensada em temperatura diferente e recolhida em tubulações diferentes. O princípio é o mesmo da destilação fracionada realizada com pequenos destiladores.

Cromatografia A cromatografia é um processo de separação muito utilizado pelos químicos. Ela é realizada utilizando um material capaz de reter, em sua superfície, as substâncias que estão sendo separadas. O procedimento é feito pela utilização de duas fases: fase estacionária e outra móvel. A fase móvel consiste em um líquido ou gás que passa pela fase estacionária, arrastando o material a ser

ck to sr e tt u h /S rt e b l e D n a tsi ri h C

separado. Como asdiferentes, substâncias constituintes do material têm propriedades algumas são arrastadas mais rapidamente do que outras. Por causa dessa diferença de tempo de arraste, as váriassubstâncias da mistura migram de forma diversa, por causa da interação com a fase fixa, como veremos no experimento a seguir. Os cromatógrafos , como o da foto, são largamente usados na A cromatografia é muito utilizada em laboratórios medicina, no processo de separação e posterior identificação de diversas substâncias. Esse equipamento é bastante sofisticado, mas se baseia no de análise de substâncias orgânicas na identificação, mesmo princípio ilustrado no experimento a seguir. por exemplo, de substâncias encontradas nos vegetais. 64

1

Atividade Experimental Separando componentes da tinta de caneta

2

Esse experimento pode ser feito em grupo no laboratório, na sala de aula ou em casa.

Materiais Papel-filtro Caneta preta ou caneta hidrocor (azul, roxa ou verde) Vidro de relógio (ou pires)

Álcool Béquer ou copo

3

4

Procedimento 1. Corte, no formato de retângulo de 1 cm por 6 cm, um pedaço do papel-filtro (pode ser filtro para café). 2. Desenhe, com a caneta preta, uma pequena bolinha 3. 4.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

5. 6.

5

a uma altura de 2 cm da borda do papel-filtro. Coloque álcool em um copo até a altura de 0,5 cm. Coloque o papel dentro do copo, de forma que a bolinha pintada fique próxima ao álcool, sem tocá-lo. Tampe o copo com um vidro de relógio (ou pires). Espere por dez minutos e retire o papel-filtro de dentro do copo. Observe.

s n ie tg ta u Im re D a sly u e H /sP e v a h C s n e s b n u e R g a m I r a ls u P s/ e v a h C s n e b u R

Destino dos resíduos O resíduo líquido dessa atividade pode ser descartado no sistema de esgoto, em água corrente, e o resíduo sólido pode ser descartado no lixo seco.

Análise de dados 7. A tinta de caneta preta é uma substância ou uma mistura? Justifique. 8. Quantos componentes você pode perceber na tinta de caneta utilizada? 9. Qual dos componentes é mais solúvel em álcool? Justifique. 10.De que propriedades específicas das substâncias depende

A tinta épor umvárias material constituído substâncias que podem ser separadas por cromatografia.

o processo de cromatografia?

Extração por solventes A preparação do cafezinho é um processo no qual se utiliza mais de um método de separação. Na preparação do café, além do processo de filtração, utilizamos um processo denominado extração por solvente. Tal processo consiste em extrair uma ou mais substâncias de um material utilizando-se uma de suas propriedades químicas: a solubilidade. Na preparação do café, quando a água quente passa pelo pó extrai substâncias solúveis, restando as não solúveis, como a borra de café. Portanto, o café é uma solução, cujo solvente é a água e os solutos são substâncias presentes no pó de café, que são solúveis em água quente.

O álcool, que forma umsistema homogêneo quando misturado com gasolina , é facilmente misturado com água e passa a formar uma outra fase homogênea com água. No processo há variação de volume da fase gasolina-álcool da fase final contendo só gasolina. 65

n ti e u q e S . O

6

7

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

tit u m e D ly e H

2 O L U ÍT P A C

O sabor e o aroma característicos do café vêm das substâncias que se dissolvem na água quente. Quando separamos essas substâncias do pó de café e evaporamos a água, por processo industrial, temos o café solúvel.

A extração por solvente é muito utilizada para extrair essências de plantas para o preparo de perfumes. Ela é também uma técnica simples para determinação da quantidade de álcool (etanol) presente na gasolina, por meio de extração com água. A água dissolve o álcool e não a gasolina e forma uma fase facilmente diferenciada da gasolina em um sistema heterogêneo. Em escola que tenha capela, no laboratório pode ser feita essa determinação, medindo-se 50 mLde gasolina em uma proveta de 100 mL com tampa, ou 10 mL em uma proveta de 25 mL. Depois acrescenta-se a mesma quantidade de água (pode-se usar água saturada com sal para aumentar o efeito), tampa-se a proveta, misturase várias vezes a gasolina, deixa-se o sistema em repouso e após a completa separação entre a fase da gasolina da fase água-álcool, mede-se o volume final da mistura água-álcool. Caso o teor de álcool na gasolina seja de 10%, quanto se espera que vai 50 seromL volume final daemistura água-álcool, casoágua? tenha-E se medido inicialmente de gasolina adicionado 50 mL de qual será o volume final de gasolina? Explique o que acontece no processo na mudança de volume.

Recristalização A recristalização, ou extração por cristalização, baseia-se na diferença de solubilidade de substâncias presentes em materiais, utilizando-se da variação dessa propriedade com a temperatura. Para isso, o material é dissolvido em solvente adequado a uma temperatura elevada. Em seguida, a solução é resfriada lentamente, levando as substâncias menos solúveis a precipitar-se formando cristais. Um exemplo de aplicação da extração por cristalização é a produção do sal marinho. Nas salinas, a água do mar é bombeada para tanques de evaporação a céu aberto. O vento e o sol forte aceleram a evaporação da água, deixando uma mistura de sais, antes dissolvidos na água, que é raspada e conduzida às refinarias.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

m e g a m I r a lh /O yr u o z A o d r ca i R

s n e g a Im r a sl u P / ry u o z A o rd a ic R

Nas salinas, a água do mar é colocada em tanques para que a água evapore e os sais recristalizem. 66

O trabalho do químico no processo de separação de substâncias

1

s e g a Im yt t e G r/ e sit l A c M e v e t S

Com as informações apresentadas e os experimentos realizados, você conheceu um pouco dos métodos de separação utilizados pelos químicos. Primeiro, eles buscam identificar as substâncias presentes por meio das propriedades e, então, selecionam métodos mais adequados para separá-las. Com frequência, é necessário o uso de uma série de processos de separação até isolar as diferentes substâncias. O passo seguinte é a identifica ção de cada substância isolada. As atividades a seguir ilustram esse trabalho do químico.

2

3

4

Conforme o material a ser separado, o químico utiliza diversos equipamentos e técnicas de separação.

5

6

Construção do Conhecimento Simulação do trabalho do químico no laboratório D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Imagine agora que você é um químico e recebeu uma amostra de material heterogêneo para determinar a composição. Esse material apresenta duas fases líquidas. Para que possa determinar a composição, você necessita, inicialmente, separar os componentes do material. 1. Pense como você poderia separar os componentes do material e faça um esquema (diagrama), indicando os processos de separação que você poderia usar. Depois de separadas as fases, você determinou as temperaturas de fusão e de ebulição de cada uma delas e obteve os dados abaixo. TEMPERATURA DE FUSÃO E DE EBULIÇÃO DE FASES DIFERENTES Fase Temperaturadefusão Temperaturadeebulição 1 –15 °C –19 a °C 85 91 a°C 2

–63,2 °C

61,2 °C

2. Com base nos dados fornecidos, diga se cada fase corresponde a uma substância ou a um material. Justifique. Você determinou que a densidade do material da fase 2 é igual a 1,48 g/cm 3. Consultando as tabelas, descobriu que se tratava da substância clorofórmio. Por ter apresentado temperaturas de fusão e de ebulição variáveis, concluiu, ainda, que a fase 1 se tratava de um material. 3. Faça um esquema (diagrama) de separação e proponha um método de separação que poderia ser utilizado para separar os componentes da fase 1. Depois de realizada a separação, foram obtidos dois materiais com as propriedades abaixo. PROPRIEDAD ES FÍSICAS DOS MATERIAIS Fas e

Tem peratu ra de fu são Tem peratu ra de ebuliç ão

1

°C0

2

–117 °C

100 °C 78,3 °C

Densidade

g/cm 1 0,79 g/cm

3 3

4. Ao analisar os dados encontrados para os materiais citados acima, você poderia defini-los como substância ou material? 5. 6. 7. 8.

Justifique a resposta. Consultando tabelas das propriedades físicas das substâncias, em livros de Química, você verificou que o material 2 se tratava da substância álcool etílico. Ao analisar as propriedades físicas fornecidas pela tabela anterior, qual substância representa o material 1? De que era constituído o material inicial que você analisou? Os processos desenvolvidos foram químicos ou físicos? Justifique. Qual é a finalidade de se conhecer as propriedades físicas dos materiais obtidos?

67

7

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

Exercícios Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO. FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

20. Diferencie separação de materiais de síntese química. Cite exemplos. 21. Copie, no caderno, o quadro apresentado a seguir e complete-o com os principais métodos de separação que você estudou.

2 O L U ÍT P A C

MÉTODOS DE SEPARAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS Propriedade Método de utilizada para separar separação as substâncias Decantação

Densidade

Exemplos de aplicação do método Separaráguadaareia

22. Seria possível utilizar a decantação para separar substân-

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

68

cias de materiais homogêneos? Justifique. 23. Identifique os métodos de separação de substâncias utilizados no tratamento de lixo. 24. Qual é a importância da utilização de métodos de separação de substâncias para os químicos? 25. Tem-se um material que contém água, alumínio em pó e sulfato de cobre (sólido azul solúvel em água). Responda: a) Quantas fases tem o material? b) Como você faria para separar essas substâncias, recolhendo-as, sem perdê-las? o i d u t S j M A

26. Com relação aos materiais e aos processos de separa-

Tipo de plástico

Densidade (g/cm 3)

PP

0,85 0,92 –

PEBD

0,89–0,93

PEAD

0,940,98 –

PS

1,04 1,08 –

PVC

1,38 1,41 –

PET

2,3 1,8 –

1) Neste processo de flotação ocorrem diversas transformações químicas devido à presença de vários tipos de plásticos. 2) A separação de um material heterogêneo, constituído por areia e serragem com a adição de água, não seria uma flotação, pois a serragem naturalmente flutua na água. 3) Para que a flotação seja eficiente, é necessário que os materiais a serem separados possuam diferentes densidades. 4) Ao final do processo não é necessário usar nenhum outro método de separaç ão, pois a flotação é suficiente

para separar os seis materiais. 5) Neste processo , é possível fazer a separação entre uma amostra contendo peda ços de PEBD, util izado em sacos

e o PET, utilizado em garrafas de refrigerantes, porque a água possui densidade intermediária entre esses dois

ção, julgue os itens, considerando C para os corretos e materiais. E para os errados. 6) Com a adição de álcool é possível separar plásticos PP 1) Na filtração, as partículas sólidas, por terem tamanho do PEAD. maior que os poros do filtro, ficam retidas nesse 7) Com a adição de sal, pode-se separar plásticos PS material. do PVC. 2) O sulfato de cobre (sólido azul solúvel na água) pode (UnB-DF) Julgue os itens a seguir, considerando C para os 28. ser separado do enxofre (sólido amarelo insolúvel na corretos e E para os errados. água) por meio da dissolução fracionada seguida de 1) A evaporação permite a separação de dois líquidos decantação. bastante voláteis. 3) Um sistema, formado por sólidos, pode ser homogêneo 2) É possível a separação de um material homogêneo e heterogêneo, dependendo da natureza dos sólidos. líquido-líquido por destilação fracionada. 4) A separação de serragem e areia pela água é exemplo 3) A separação de componentes do petróleo é feita com de decantação, pois a serragem flutua e a areia base na diferença entre as respectivas temperaturas precipita-se. de ebulição. 27. Em uma recicladora de plástico, utiliza-se o método de 4) O princípio da destilação fracionada fundamenta-se na flotação. O procedimento consiste em colocar amostras diferença de solubilidade dos sólidos de um material. de seis tipos de plásticos picados em um recipiente com água e depois adiciona-se um floculante e injeta-se ar ao 29. (UFG-GO) A maioria das substâncias é encontrada na natureza sob a forma de misturas, tais como: rochas, solo, sistema, para produzir bolhas em que partículas de plástigases da atmosfera, água do mar, minerais, ali mentos, água cos aderem. Após a primeira separação de materiais, adidos rios etc. A separação de uma substância pode ocorrer, ciona-se álcool que tem densidade menor do que a água dependendo das características do material, de diferentes para separar novos materiais e na última etapa adiciona-se maneiras. Assim sendo, assinale as afirmativas corretas: sal, formando uma solução com densidade maior do que a a) A separação da água dos rios, lagos e mares, na água. A este respeito, julgue os itens a seguir, marcando C formação da chuva, ocorre por destilação natural. para os corretos e E para os errados.

68

b) A separação do resíduo (pó de café) da solução de café é feita por filtração. c) A separação do sal de cozinha da água do mar é feita por evaporação. d) A separação da coalhada do leite é feita por decantação. e) A retirada de uma mancha de gordura de uma roupa, usando sabão, é feita por filtração. f) A separação dos gases de bebidas gaseificadas ocorre por evaporação.

30. (Cesgranr io-RJ) Fo ram acondicionados, acidentalmente, em um único recipiente, areia, sal de cozinha, água e óleo de soja. Para separar adequadamente cada com-

ponente desse material, devem ser feitas as seguintes operações: a) Destilação simples seguida de decantação e centrifugação. b) Destilação simples seguida de centrifugação e sifonação. c) Filtração seguida de destilação simples e catação. d) Filtração seguida de decantação e destilação simples. e) Decantação seguida de catação e filtração. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

31. Para tratamento da água nas residências utiliza-se, geralmente, filtrar a água com um filtro. Em algumas regiões do Brasil usa-se o filtro de barro e em outras, o filtro de carvão ativado, cujas velas têm o seguinte aspecto:

4) Nos dois filtros, o mate rial a ser retirado d a água fica retido na parede externa da vela, que precisa de limpeza e manutenção periódica.

1

5) A água que sai da vela dos dois filtros é uma substância

pura.

2

32. (UFPE) Associe as atividades do cotidiano abaixo com as técnicas de laboratório apresentadas a seguir: a) Preparar café com pó solúvel. b) Preparar chá de saquinho. c) Coar um suco de laranja. 1) Filtração. 3) Extração. 2) Solubilização. 4) Destilação. A sequência correta é: a) 2, 3 e 1. c) 3, 4 e 1. e) 2, 2 e 4. b) 4, 2 e 3. d) 1, 3 e 2.

3

4

5

33. (UFRGS-RS) Um sistema heterogêneo bifásico é formado por três líquidos diferentes A, B e C. Sabe-se que: A e B são miscíveis entre si; C é imiscível com A e com B; A é mais volátil que B.

6

Com base nessas informações, os métodos mais adequados para separar os três líquidos são:

a) b) c) d) e)

7

Centrifugação e decantação. Decantação e fusão fracionada. Filtração e centrifugação. Filtração e destilação fracionada. Decantação e destilação fracionada.

equipamento a seguir pode 34. (UFV-MG) ser utilizadoO para separar osesquematizado componentes de:

in t e u q e S . O

a) b) c) d) e)

Um sistema homogêneo líquido/líquido. Qualquer sistema heterogêneo. Uma mistura de álcool e água. Uma mistura de limalha de ferro e areia. Um sistema heterogêneo sólido/líquido.

ji u Y J.

Julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) A vela de um filtro é o elemento filtrante. Sua função é filtrar a água retirando as i mpurezas, deixand o-a limpa e saudável para o consumo humano. 2) O filtro de porcelana é mais eficente, pois retira as partículas sólidas, tornando a água cristalina. 3) O carvão em pó ativado, presente na segunda vela, retém (adsorve) algumas substâncias na água, eliminando cor, odor e gosto desagradáveis, tornando o processo de filtragem mais completo.

69

69

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

35. (UFBA) Com base no diagrama abaixo, é correto afirmar:

1) A imagem 1 corresponde á destilação, método de separação de materiais homogêneos, baseado na

Sistema trifásico

temperatura de solubilidade. Pode-se separar o álcool

Processo mecânico de separação X

2) A imagem 2 corresponde à decantação de um material

do vinho com esse método.

2 O L U ÍT P A C

Sólido A

Aquecimento

CO2(g)

CaO(s)

heterogêneo, ou seja, líquidos com densidades diferentes e que são imiscíveis (que não se misturam). 3) A imagem 3 indica o processo de centrifugação, que se baseia na propriedade da densidade e separa, eficientemente, materiais homogêneos. 4) A imagem 4 representa uma cromatograf ia, na qual um material é separado baseado nas diferenças de

Sistema B (mistura líquida heterogênea) Processo de separação Y (com base na diferença de densidade) Sistema C (monofásico) PF = 16,3 °C

propriedades, que permitem que algumas sejam arrastadas mais rapidamente quesubstâncias outras.

Sistema D (monofásico)

5) Cada um dos métodos de separação de materiais mostrado nas imagens pode ser utilizado para separar

tanto materiais homogêneos quanto heterogêneos.

Processo de separação Z Água

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

a) b) c) d) e) f) g)

37. (UFBA) Com relação aos processos de separação de materiais, pode-se afirmar: a) Na obtenção do cloreto de sódio, a partir da água do mar, utiliza-se a cristalização fracionada. b) Na separação dos constituintes de um material gasoso usam-se liquefação e destilação fracionada.

CaCO3(s)

O processo X é a filtração. O sólido A é o carbonato de cálcio, CaCO3. O processo Y é a decantação. O sistema C é um material homogêneo. O sistema D tem uma substância. O processo Z é uma destilação simples. A água destilada é um material.

c) Para acelerar a decantaçã o, utiliza-se a centrifugação.

d) Na separação dos constituintes de um material formado por água, areia e óleo, usam-se a filtração e a destilação fracionada. e) Os mat eriais homogêneos são desdobrados em seus componentes por meio de processos mecânicos de separação.

36. As técnicas de separação de materiais são muito variadas e extremamente úteis . De acordo com esse assunto, observe as imagens e julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados. 1

3

2

38. (Uneb-BA) Considere os seguintes sistemas:

n ti e u q e S . O :s e çõ a tsr u lI

I – Ar + poeira II – Mercúrio metálico + água III – Água + nitrato de potássio Os componentes desses sistemas podem ser separados por:

I a) b) c) d) e)

II filtração destilação filtração decantação filtração

III destilação filtração decantação destilação decantação

decanta ção decantação filtração filtração destilação

39. (Unimep-SP) Temos um material heterogêneo constituído

4

por açúcar, iodo e areia. As maneiras mais adequadas para

separar esses componentes são: a) Ímã, adição de água, destilação simples e filtração. b) Aquecimento, adição de água, destilação e centrifugação. c) Adição de água, ímã, aquecimento e peneiração. d) Centrifuga ção, esfriamen to, desti lação e filt ração. e) Aquecimento, adição de água, filtração e destilação simples. 70

70

40. De acordo com a imagem abaixo, julgue os itens, conside-

c) Um dos processos frequentemente usados para separar

in t e u

q e S . O

Cana-de-açúcar

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1

água do mar do sal é a filtração. d) Quando as substâncias passam do estado sólido para o líquido, há evidência de que ocorreu reação química. e) A destilação fracionada é um processo usado frequentemente para se separar dois sólidos. 44. (PucCamp-SP) A obtenção do álcool etílico hidratado, a partir da cana-de-açúcar, pode ser representada pelo esquema seguinte:

rando C para os corretos e E para errados:

1) A filtração é um processo no qual separamos misturas heterogêneas, como sólido-líquido. Na imagem acima a filtração tem como objetivo eliminar os microrganismos nocivos à saúde. 2) O processo que faz a separação de um líquido-sólido, que tem como propriedade a densidade, se chama decantação e na estação de tratamento da água serve para a retirada das partículas floculadas. 3) No tratamento da água é adiciona do sulfato de alumínio para que as partículas se aglutinem, formando pequenos coágulos, e esse processo se chama floculação. 4) Na estação realiza-se a separação de um ma terial homogêneo líquido-líquido, baseado na temperatura de

ebulição; a esse processo dá-se o nome de destilação. 5) A centrifugação é um processo de separação de materiais, onde é utilizado para retardar a decantação. 41. (Unicamp-SP) Têm-se os seguintes materiais: I – Areia e água II – Álcool (etanol) e água III – Sal de cozinha (NaCl) e água, nesse caso um material homogêneo Cada um desses materiais foi submetido a uma filtraçã o em funil com papel e, em seguida, o líquido resultante (filtrado)

foi aquecido até sua total evaporação. Pergunta-se: a) Que material deixou um resíduo sólido no papel após a filtração? O que era esse resíduo? b) Em qual caso apareceu um resíduo sólido após a evaporação do líquido? O que era esse resíduo?

I

Garapa

II

Melaço

2

3

III 4

Mosto 5

IV

Vinhoto

Álcool hidratado

6

Em I e IV, que envolvem processos de fracionamento, são realizadas, respectivamente: a) Filtração e destilação. b) Destilação e decantação. c) Filtração e decantação. d) Destilação e filtração. e) Decantação e decantação.

7

45. Como descobrir se a gasolina está adulterada? Em cilindro graduado acrescente 50 mL de gasolina e, em seguida, 50 mL de solução aquosa de NaCl a 10%. Agite bem e observe, conforme a figura abaixo. De acordo com a legislação, a quantidade de álcool permitida na gasolina é de 25%. n ti e u q e S . O

42. (UFV-MG) Consideram-se os materiais A, B e C: A – Óleo/água (proporção 1:1); B – NaCl/água (proporção 1:100); C – Etanol/água (proporção 1:1). Pede-se: a) A indicação de um método físico para separar os componentes de cada material. b) A classificação dos materiais A, B e C em homogêneo ou heterogêneo. c) O conceito de material homogêneo e heterogêneo. 43. (F. Visconde de Cairu-BA) Sobre processos de separação de materiais, indique a alternativa correta. a) Coar café, um processo de separação de materiais, é um fenômeno físico. b) Fase de um sistema são os componentes que formam esse sistema. 71

Com relação a essa situação, julgue os itens, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Após a agitação, a água, por ser mais densa que a gasolina, irá para o fundo do recipiente. 2) heterogêneo. Tanto antes quanto depois da agitação, o sistema é 3) De acordo com a imagem, o álcool inicialmente estava dissolvido na gasolina formando um sistema homogêneo. 4) No teste realizado, o álcool se dissolveu na água, aumentando o volume desse sistema trifásico. 5) A quantidade de álcool presente na amostra é de 20%, dentro do limite estabelecido por lei que é de 25% de álcool na gasolina. 71

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

4 A Química e o t ratamento do lixo s e g a m I tyt e /G F R ra tu l u C

2 O L U ÍT P A C

Diversas tecnologias são desenvolvidas para dar tratamento adequado ao material reciclável.

PARE E PENSE

O que fazer com os resíduos sólidos que não podem ser reaproveitados nem reciclados? D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ia r g e l A a d r ie l e t A / tit u m e D y lH e s: o t o F

D

iversas tecnologias foram desenvolvidas para dar o tratamento adequado a esse material. No entanto, o problema maior reside no fato de que junto a esses resíduos está uma quantidade enorme de materiais que não deveria ter sido descartada, pois poderia ter sido reaproveitada ou reciclada. Dados revelam que 95% da massa total dos resíduos urbanos têm um potencial significativo de reaproveitamento, o que significa que apenas 5% do lixo urbano são, de fato, lixo. Apesar de o Brasil não apresentar na média de consumo valores tão altos como os de outros países, apresenta grande produção de lixo que, dependendo da região, pode ultrapassar mais de 1 kg delixo por habitante por dia. Muitas cidades brasileiras já têm sistemas bem avançados de tratamento do lixo; entretanto, a realidade da maioria de nossas cidades ainda se marca pela falta de uma política de investimento público na disposição adequada dos resíduos urbanos sólidos, resultando no triste fim dos chamados lixões.

No Atelier da Alegria (SP), muitos materiais deixam de ser lixo. Pense nessa opção e em outras para diminuir a quantidade de lixo que geramos diariamente. 72

Lixões

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1

Esse é o local destinado a centenas de milhares de toneladas de lixo produzidas diariamente e que não receberam tratamento adequado. Mantidos em grandes áreas a céu aberto, normalmente afastadas dos centros urbanos, esses lugares são completamente tomados por toda sorte de resíduos vindos dos mais diversos lugares, como residências, indústrias, feiras e hospitais. Nos lixões, todo tipo de resíduo permanece livre no ambiente. Em consequência, sérios inconvenientes ambientais são gerados, como a contaminação do solo e dos lençóis subterrâneos de água, além de contribuir para a proliferação de insetos e ratos transmissores de doenças. Infelizmente, lixões não são os únicos espaços que recebem resíduos urbanos, o que é preocupante, pois qualquer lugar em que o lixo esteja acumulado inadequadamente é propício à disseminação das mais diversas e graves doenças. Dengue, febre amarela, disenteria, febre tifoide, cólera, leptospirose, giardíase, peste bubônica, tétano, hepatite A, malária e esquistossomose são apenas alguns exemplos. Nos lixões, dezenas de pessoas disputam restos que possam ser reaproveitados, garantindo o mínimo necessário à sobrevivência. Adultos, crianças e animais domésticos misturam-se aos dejetos, propiciando um ambiente desfavorável à vida humana. Na maioria das cidades brasileiras ainda existem lixões, nos quais se encontram milhares de pessoas trabalhando, incluindo crianças e adolescentes. Esse tipo de atividade leva a um dos maiores níveis de degradação humana. As pessoas que ali trabalham são expostas aos perigos dos deslocamentos de caminhões e tratores, a doenças infecciosas, poeira, a objetos cortantes etc. A saúde desses trabalhadores é agravada pela desnutrição e por doenças frequentes que adquirem, tais como pneumonia, doenças de pele, diarreia, dengue e leptospirose. De acordo com o documento do Fundo das Nações Unidas para a Infância (Unicef), dessas crianças do lixão em idade escolar, cerca de 30% delas nunca foram à escola: “O lixo é sua sala de aula, seu parque de diversões, sua alimentação e sua fonte de renda. Vivem em condições de pobreza absoluta. Realizam um trabalho cruel. São crianças no lixo. Uma situação dramática e comum no Brasil” (Criança, catador, cidadão: experiência de gestão participativa do lixo. Unicef, 1999). O principal motivo de milhares de pessoas optarem por esse meio de vida é a situação socioeconômica do Brasil, resultante do baixo nível de escolarização da população, da não qualificaçã o profissional e da má distribuição de renda. Para resolver grande parte dos problemas relacionados ao lixo, bastaria que se implementassem procedimentos eficientes que reduzissem a produção, reaproveitando-o e acondicionando-o corretamente. então: você teria alguma ideia de como fazer isso sem pensar em recorrer ao apoio da Ciência, da tecnologia e deE toda a sociedade? s e g a m I tyt e G / u a e r o S irc e d e Fr

Há just iça soci al em um país onde existem crianças que trabalham em vez de brincar e receber educação escolar?

73

2

3

4

5

6

7

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

O bicho Vi ontem um bicho Na imundície do pátio detritos. Catando comida entre os a coisa, um lg a va ra Quando encont va: ira che nem Não examinava

2 O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

s e g a m I yt t e G /t n e t n o C n it a L / s e d n e M a d u B

Engolia com voracidade. O bicho não era um cão, Não era um gato, Não era um rato.

um homem. O bicho, meu Deus, era Poema de Manuel Bande

ira, em Obras p oéticas,

1956.

se g a Im tyt e G t/ n te n o C in t a L s/ e d n e M a d u B

O trabalho em lixões reduz a condição humana à inadmissível situação de vida que não deveria existir em uma sociedade humanamente justa.

O conjunto de ações, que tem por objetivo a minimização da geração de lixo e a diminuição da periculosidade constitui a fase de tratamento dos resíduos, os quais representam uma forma de torná-los menos agressivos para a disposição final. Conheça os sistemas mais utilizados no Brasil. 74

Sistemas de tratamento do lixo

1

Aterro sanitário – É projetado por engenheiros para reduzir bastante o impacto do lixo sobre o meio ambiente. O lixo é reduzido ao menor volume possível e coberto periodicamente com uma camada de terra. O local é isolado e impermeabilizado para evitar a contaminação das águas superficiais e subterrâneas por metais pesados e pelo chorume, líquido escuro e malcheiroso, resultante do processo de decomposição anaeróbica (sem a presença de oxigênio) de material orgânico. Aterro controlado – É um sistema intermediário entre o lixão a céu aberto e o aterro sanitário. Não possui estrutura adequada de impermeabilização que trate o chorume. Montanha de lixo vista noaterro sanitário de Caieiras (SP) , que recebe 4 500 toneladas Embora não seja a solução ideal para o destino do lixo, os aterros controlados de lixo produzido em São Paulo (SP). Nesse podem, em curto prazo e com investimento relativamente baixo, reduzir a aterro, o lixo é compactado e depois enterrado agressão ambiental e a degradação social gerada pelos lixões a céu aberto. Nesses aterros, o lixo é recoberto periodicamente, reduzindo a proliferação com uma camada de terra. de insetos. O local para implantação deve ser escolhido de forma muito criteriosa, para diminuir o risco da contaminação de mananciais de água. Incineração – O lixo é queimado em alta temperatura (acima de 900 °C), o que reduz o volume. Em algumas usinas, essa queima é conduzida de modo a transformar o calor liberado em energia elétrica. Nesse processo, há necessidade do tratamento final dos gases altamente poluentes, emitidos pelo incinerador, por meio de filtros. Compostagem – É um dos métodos mais antigos e consiste na decomposição natural de resíduos de srcem orgânica em reservatórios instalados nas usinas de compostagem. Nesse processo, o material orgânico (restos de

s e g a Im yt t e /G t n te n o C itn a L/ s e d n e M a d u B

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

alimentos, folhas, cascas de legumes etc.) é otransformado pordamicrorganismos emvegetais, húmus (material orgânico), que pode ser usado como adubo. Na natureza, húmus resulta decomposição de formando um material de cor escura que recobre a primeira camada do solo. Além da produção de composto orgânico, há produção de biogás, que contém gás metano. Algumas usinas de compostagem possuem um sistema coletor do biogás gerado, o qual pode ser utilizado como combustível. Etapas de processamento de usina de compostagem io d u t S j M A

Fosso Pátio de recepção (1a catação) Triagem manual (2a catação)

Rejeitos (aterros sanitários)

Separador magnético

Compostos orgânicos (fertilizantes)

Peneiras vibratórias

75

Biodigestor

2

3

4

5

6

7

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M 2 O L U ÍT P A C

Tanto na incineração como nas usinas de compostagem, o lixo passa por uma etapa inicial de separação de materiais que não serão incinerados ou transformados em adubo. Esses processos são conduzidos nas usinas por meio de sistemas mecânicos de esteiras, garras e eletroímãs. Os materiais isolados nessa etapa inicial são enviados para indústrias de reciclagem. Coleta seletiva – A coleta seletiva é uma atitude sustentável que trata do recolhimento de materiais recicláveis na srcem, ou seja, em casa, na escola, no escritório, na fábrica, nos hospitais etc. Os materiais recicláveis são acondicionados em recipientes adequados, coletados e enviados para as indústrias de reciclagem. Em um programa de coleta seletiva, recuperam-se, em geral, cerca de 90% dos materiais para reciclagem (papéis, plásticos, vidros e metais). Os 10% restantes são rejeitos, ou seja, materiais que não podem ser reaproveitados, como isopor, trapos, papel carbono, fraldas descartáveis, couro, louça, cerâmica e objetos produzidos com muitas peças de diferentes materiais. Todos os sistemas de disposição do lixo, descritos anteriormente, apresentam vantagens e desvantagens e a implantação depende de uma pesquisa detalhada das condições de cada cidade, que deve incluir um estudo de impacto ambiental. O quadro a seguir apresenta algumas vantagens e desvantagens de três desses processos de disposição de lixo. VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS PROCESSOS DE DISPOSIÇÃO DO LIXO P ro c e s s o

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Aterro sanitário

Vantagens

Desvantagens

Evita o contato humano direto com o lixo. Diminui o risco de contaminação das águas subterrâneas quando executado adequadamente. Controla a proliferação de ratos e insetos. Pode aproveitar áreas topograficamente inutilizadas. Tem um baixo custo operacional.

Não reaproveita materiais para reciclagem quando não é precedido de coleta seletiva ou tratamento prévio. Contamina o meio ambiente pelo chorume quando não é conduzido adequadamente. Inutiliza grandes áreas físicas. Aumenta, geralmente, o custo com transporte em razão da necessidade de longa distância de áreas urbanas.

Incineração

Reduz consideravelment e o volume do lixo. Produz material estéril, que evita a contaminação por agentes patogênicos. Possibilita o aproveitamento de e nergia. Diminui a distância de transporte pela possibilidade de instalação em áreas próximas aos centros urbanos.

Tem custo operacional muito elevado. Apresenta problemas operacionais. Pode contaminar o ar com gases poluentes, caso não empregue sistemas de filtros apropriados. Não reaproveita materiais para reciclagem quando não é precedido de coleta seletiva ou tratamento prévio.

Compostagem

Produz adubo para a agricultura. Reduz o número de agentes patogênicos. Implica obrigatoriamente a separação inicial de materiais que podem ser reciclados.

Pode contaminar as plantações com metais pesados que ficam retidos no adubo. Demora vários dias para processar o lixo. Pode emitir gases malcheirosos, caso não seja bem controlada.

Coleta seletiva

Diminuição da quantidade de rejeitos que irão para aterros e incineradores. Reciclagem de materiais, gerando renda. Economia de luz, água e recursos naturais. Diminuição dos custos de produção

A contaminação do lixo reciclável por outros materiais. Dificuldades e desorganização na separação do lixo orgânico do re ciclável.

Disponível em: . Acesso em: 3 de jan. 2016.

76

1

Participação Cidadã

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Com base nas vantagen s e desvantagen s de cada sistema de tratamento de lixo, indique qual seria o sistema mais adequado do ponto de vista ambiental para cada um dos seguintes tipos de lixo: domiciliar, público, hospitalar, industrial e agrícola (veja a classificação do lixo na página 46), justificando sua resposta. Com base nas vantagens e desvantagens de cada sistema de tratamento de lixo, indique qual seria o sistema mais adequado do ponto de vista ambiental para cada um dos seguintes tipos de lixo: domiciliar, público, hospitalar, industrial e agrícola (veja a classificação do lixo na página 46). 2. Identifique, nos processos de tratamento de lixo, propriedades físicas dos materiais que são utilizadas no processo de separação dos materiais.

3. Classifique os processos de transformação do lixo que ocorrem em aterro, incineração e compostagem

do lixo em transformação

química e em processo físico. 4. Analise os dados apresentados no quadro abaixo em relação ao estado de sua região e responda os itens seguintes.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Domicílios sem coleta (%)

Norte

19,17

Nordeste

21,47

Centro-oeste

6,62

Sudeste

2,71

Sul

5,74

7

a) Compare os dados de seu estado com o de outros est ados da federação, apontando possívei s razões par a as difer enças

b) observadas. Procure informações sobre políticas públicas de seu município e de seu estado sobre o destino dos resíduos sólidos. c) Enumere os problemas que a população da sua cidade enfrenta em relação ao lixo e aponte medidas que precisam ser tomadas pelo poder público e pela sociedade civil. d) Caso no seu município tenha lixão, proponha encaminham entos para reivindicar mudanças nesse sistema de disposição de lixo, envolvendo sua comunidade e o poder público. e) Caso existam pessoas trabalhando no lixão de sua cidade, investique a situação social delas e proponha campanha para mitigar a situação.

5. Com base nos gráficos a seguir (Abrelpe, 2014), produza um texto argumentativo discorrendo sobre o problema do destino do lixo brasileiro e apontando medidas políticas, econômicas e sociais para abordar essa questão.

Destino final do lixo coletivo no país em massa.

lixões 50,28 %

Destino final do lixo coletado no país

aterro sanitário 27,37 %

lixões% 17,49 aterros controlados 24,20 %

aterro controlado 22,35 %

77

4

6

Fonte: Abrelpe. Panorama dos resíduos sólidos no Brasil, 2014.

Porcentagem de municípios e o destino do lixo

3

5

PORCENTAGEM DE DOMICÍLIOS POR REGIÃO DA FEDERAÇÃO SEM COLETA DIRETA OU INDIRETAMENTE DO LIXO Região

2

aterros sanitários 58,31 %

i k a s a m a Y a i h t n i C

o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

Revisão para a prova

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. O lixo da sociedade atual é cheio de materiais, cuja de-

decompõem em curto prazo e, por isso, podem ser transformados em algum tipo de adubo. A este respeito considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. 1) A classificação de “orgânico” que se refere ao lixo não coincide com a utilizada na Química. 2) Os materiais do lixo seco apresentam grande potencial para reaproveitamento ou reciclagem, mas podem ser prejudicados quando em contato com o lixo úmido. 3) Em geral, o lixo úmido tem srcem em seres vivos (lixo

composição é muito lenta. Resta, então, encontrar alternativas que minimizem esse efeito e as consequên cias para o ambiente. A este respeito, julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Todo lixo da sociedade atual é cheio de materiais, cuja decomposição é muito lenta; por esse motivo tudo pode ter sua vida útil aumentada. 2) Um caminho para a solução desse problema é apontado

2 O L U ÍT P A C

Princípio dos Três Erres (3 Rs) – Reduzir, Reutilizar epelo Reciclar. 3) Em geral, entende-se por lixo restos de tudo aquilo que fazemos, no dia a dia, e que consideramos inútil, indesejável ou descartável. 4) Todo lixo não é lixo, pois muitos materiais que estão no lixo são materiais que ainda poderiam ser utilizados ou reciclados e estão, ali, no local inadequado. 5) Um dos objetivos do gerenciamento dos refug os urbanos é a reutilização de alguns produtos descar táveis. Frascos D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ser secos antes de colocados no lixo. Conclusão – regra básica para separação do lixo domiciliar: nunca misture lixo úmido com lixo seco. 4) Plásticos aluminizados, espelhos e vidros planos, lâmpadas incandescentes, esponjas de aço, espumas, cerâmicas e canos são materiais de fácil reciclagem pelo tipo de material de que são feitos.

4. Na linguagem cotidiana, emprega mos o termo “puro ” para indicar que o material não foi adulterado, ou seja, não foi falsificado, é de boa qualidade, ou não está contaminado. Geralmente, essa denominação é usada também para indicar que o material é de srcem natural e não passou por adição de outras substâncias ou materiais. Para os químicos, puro significa: a) Que contém uma só substância. b) Um conceito relativo à quantidade de substância da

de todos os produtos que foram utilizados para acondicionar produtos que usamos, por exemplo, podem ser reaproveitados na própria cozinha, ou servir de potes para guardar miudezas. 2. O impacto ambiental da reciclagem do alumínio equivale a 10% do impacto causado pela produção, com base no minério, matéria-prima srcinal. Por isso, seu sucesso. No processo de extração do alumínio do minério, consome-se grande quantidade de energia para se obter um nível de pureza desejado. Medem-se, assim, os benefícios da reciclagem, considerando os diferentes impactos ambientais que vão da produção até a reciclagem. A este respeito, julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados.

c) Aamostra. menor quantidade a substâncias que existem na composição da mistura. d) Uma porção de matéria que contém a máxima proporção

de um tipo de substância. e) Um conceito ideal pois é possível obter graus de 100% de pureza. 5. O grau de pureza para classificação de um material como puro é relativo. Assim, por exemplo, o álcool 95° GL (95 mL de álcool e 5 mL de água) é considerado puro para determinados fins farmacêuticos. Para o químico, é uma mistura de água e álcool. A este respeito, julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Empregamos o termo substância quando o material tem

1) A reciclagem do alumínio resulta de inúmeras atividad es,

como coleta, separação e processamento. 2) Os materiais que antes achávamos descartáveis podem tornar-se matéria-prima na manufatura de bens, evitando

a utilização de matéria virgem. 3) O fato de o material ser potencialmente reciclável não quer dizer que a reciclagem vai ocorrer. Nesse sentido, um ponto fundamental é evitar o consumo de materiais que tenham

78

orgânico). Por isso, recipientes de plásticos e latas devem

pouca possibilidade de ser reciclado. 4) Quando um material possui potencial de reciclagem ele-

um grau de pureza adequado aos parâmetros experimen-

vado, podemos consumi-los “sem o depois. sentimento de culpa”. Afinal, ele poderá ser reciclado 5) Mesmo o p rocesso de reciclagem consome energia e quanto maior for o consumo do material, maior será a quantidade de matéria-prima a ser consumida. Esse é o problema de campanhas de coleta de garrafas PET e de latas de refrigerante. 3. O lixo orgânico se refere a restos de animais e vegetais, principalmente sobras de alimentos. Esses materiais se

2) vel O conceito de substância é um conceito É possíobter graus de pureza maiores do que ideal. 99,99%, mas nunca teremos 100% de pureza. 3) Para os químicos, pureza é um conceito exato. 4) É muito fácil encontrarmos substâncias isoladas na natureza, por exemplo, os minérios como o ouro, os gases na atmosfera etc. 5) Os materiais encontrados na natureza ou nos produtos que consumimos são, em geral, misturas de substâncias.

tais a que se destina.

78

6. Os químicos classificam os materiais quanto ao aspecto em duas grandes categorias: materiais homogêneos e materiais heterogêneos. Os materiais homogêneos apresentam aspecto uniforme em toda a extensão, ou seja, de ponto a ponto. Os materiais heterogêneos apresentam mais de um aspecto na extensão, ou seja, são multiformes de ponto a ponto. A este respeito, julgue os itens a seguir, considere C para os corretos e E para os errados. 1) Quando temos um material heterogên eo, cada região do material que apresenta os mesmos aspectos é denominada fase. 2) Os materiais heterogêneos têm apenas uma fase, por

isso, são também chamados monofásicos. 3) Muitos materiais homogêneos podem se tornar heterogêneos, dependendo da variação da quantidade de um dos seus componentes. 4) Misturas de muitas substâncias vão ser sempre heterogêneas, por causa das grandes quantidades de substâncias

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

b) Cujo aspecto é uniforme, mesmo quando utilizados instrumentos ópticos de alta resolução. c) Heterogên eo cuja multiformidade é constatada por meio de instrumentos de baixa resolução. d) Cujo aspecto multiforme somente é constatado com instrumentos ópticos de alta resolução, ou seja, por instru-

1

2

mentos que conseguem distinguir dois pontos diferentes,

ainda que estejam bem próximos. 3

9. Não temos como diferenciar substância de materiais pelas aparências, pois os sistemas homogêneos podem ser uma substância ou um material. E ainda é possível ter sistemas heterogêneos em que se encontra apenas uma substância. A este respeito, julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados.

4

1) Uma substância geralmente se apresenta em um sistema monofásico. Em alguns casos, porém, pode se apresenta r

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com mais de uma fase. 2) A água de torneira é um material homogêneo constituído

por várias substâncias. 3) Um copo de água com gelo é um sistema heterogêneo formado por apenas uma substância. 4) Não há uma regra geral que permita definir se dois materiais, quando misturados, vão formar um agregado ou um sistema coloidal. 5) Para diferenciar substância de material pela aparência, utilizamos um catálogo próprio dos químicos, disponível nos grandes bancos de informação da Internet. 10. Alambiques são aparatos usados na produção de bebidas como a cachaça. São geralmente feitos de cobre, vidro ou aço inox. São constituídos por uma base chamada caldeimaterial heterogêneo. ra ou panela, na qual se coloca o material a ser separado, A este respeito, julgue os itens a seguir, considerando conectada ao capitel ou capacete, que tem a função de C para os corretos e E para os errados. resfriar os gases liberados. O capacete é ligado a um tubo 1) Misturas de muitas substâncias podem ser homogêneas no formato de pescoço de cisne que transporta os vapores ou heterogêneas, dependendo das quantidades presentes até a serpentina. A serpentina é um tubo no formato de no material. espiral, disposto em um recipiente, no qual circula água 2) Os materiais, que somente são homogêneos até deterfria. Nesse local, os vapores serão condensado s por resfriaminada proporção de substâncias, são denominados mento e apresentam grande quantidade de álcool etílico. soluções. A bebida produzida no processo, então, é recolhida em um 3) Material que se apresenta na forma homogênea, inderecipiente adequado. pendentemente da proporção em que estão as substânO processo de separação, que é usado no alambique, é cias nele contidas, é denominado soluções. denominado: 4) Material que se apresenta na forma homogênea, somente a) Destilação. b) Filtração. dentro do limite de proporção entre as substâncias nele c) Decantação. d) Cromatografia. contidas, é denominado mistura. 11. Em vários processos industriais algumas técnicas de se5) Nas soluções, um material em menor quantidade, o solparação de misturas são utilizadas; elas são associadas a vente, está dissolvido em outro em maior quantidade, o tecnologias e engenharias para obter melhor desempenho soluto. da nos laborató8. A uniformidade de aspecto de um material depende do riosprodutividade. químicos, ondeAssim, o fim também é obter oacontece produto final com eleinstrumento de observação utilizado. O que parece homovado grau de pureza, como o que acontece nas sínteses gêneo a olho nu pode não o ser quando observado com de medicamentos. uma lupa ou com um microscópio. Nesse sentido, os quíA respeito dos diferentes métodos de separação de m isturas, micos classificam os materiais heterogêneos em coloide e considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. agregado. O coloide é um tipo de material: 1) A cromatografia é muito u tilizada em laboratórios de anália) Cujo aspecto multiforme é percebido a olho nu ou com se de substâncias orgânicas na identificação, por exemplo, instrumentos ópticos de baixa resolução. de substâncias encontradas nos vegetais. presentes no material. 5) São denominados misturas os materiais como o ar e a água com álcool, nos quais, independentemente das proporções, sempre se obtém uma única fase. 7. Muitos materiais homogêneos podem se tornar heterogêneos, dependendo da variação da quantidade de um dos seus componentes. Por exemplo, se adicionarmos uma quantidade de sal, superior à sua solubilidade em água, em determinada temperatura, ou seja, superior à quantidade que a água pode dissolver àquela temperatura, este vai se depositar no fundo do recipiente, e teremos aí um

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o ã ç a r a p e s e d s o s s e c ro p e s i ia r e t a M

1) Aterro sanitário é projetado por engenheiros para reduzir bastante o impacto do lixo sobre o meio ambiente. 2) No aterro sanitário, o lixo é reduzido ao menor volume possível e coberto periodicamente com uma camada de terra. O local é isolado e impermeabilizado para evitar a contaminação das águas superficiais e subterrâneas por metais pesados e pelo chorume. 3) Na incineração, o lixo é queimado em alta temperatura (acima de 900 °C), o que reduz o volume. O bom desse processo é que não há necessidade do tratamento final

2) Na separação por cromatografia, o procedimento é feito pela utilização de duas fases: fase estacionária e outra móvel. A fase móvel consiste em um líquido ou gás que passa pela fase estacionária, arrastando o material a ser separado. 3) Os cromatógrafos são largamente usados na medicina, no processo de separação e po sterior identificação de diversas substâncias. 4) Na preparação do café, além do processo de filtração, utilizamos um processo denominado extração por solvente. 5) A recristalização, ou ex tração por cristalização, baseia-se na diferença de solubilidade de substâncias presentes em materiais, utilizando-se da variação dessa propriedade com

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dos gases altamente poluente s emitidos pelo incinerador.

a temperatura. 6) A flotação é um processo que tem como princípio a separação de misturas pela introdução de bolhas de ar a uma suspensão de partículas. Nessa técnica, as partículas que se deseja isolar aderem às bolhas, formando uma espuma que é removida da solução.

12. Diversas tecnologias foram desenvolvidas para dar o tra-

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tamento adequado ao descarte urbano do lixo. No entanto, o problema maior reside no fato de que, junto a esses resíduos, está uma quantidade enorme de materiais que não deveria ter sido descartada, pois poderia ter sido reaproveitada ou reciclada. Dado s revelam que 95% da massa total dos resíduos urbanos têm um potencial significativo de reaproveitamento, o que representa que apenas 5% do lixo urbano são, de fato, lixo. A este respeito, considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. 1) Lixão é o local des tinado a centenas de milhares de tone -

4) O aterro controlado é um sistema intermediário entre o lixão a céu aberto e o aterro sanitário. Não possui estrutura adequada de impermeabilização que trate o chorume; por esse motivo, podemos dizer que é uma solução diferente aos lixões. 5) A compostagem consiste na decomposição natural de resíduos de srcem orgânica em reservatórios insta lados nas usinas. Nesse processo, o material orgânico (restos de alimentos, folhas, cascas de legumes etc.) é transformado por microrganismos em húmus (material orgânico), que pode ser usado como adubo. 14. Todos os sistemas de disposição e tratamento do lixo apresentam vantagens e desvantagens e a implantação depend e

de uma pesquisa detalhada das condições de cada cidade, que deve incluir um estudo de impacto ambiental. A respeito das vantagens e desvantagens, considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. 1) No aterro sanitário uma das vantagens é diminuir o risco de contaminação das águas subterrâneas quando executado adequadamente. 2) Uma desvantagem do aterro sanitário é não reaproveitar materiais para reciclagem quando não é precedido de coleta seletiva ou tratamento prévio. 3) Na incineração, a vantagem é a redução considerável de lixo e a possibilidade de aproveitamento de energia. 4) A desvantagem da incineração é o custo operacional elevado que demanda tecnologia adequada.

ladas de lixo produzidas diariamente e que não receberam

tratamento adequado. 2) Nos lixões, todo tipo de resíduo permanece livre no ambiente. Em consequência, sérios inconvenientes ambien-

tais são gerados, como a contaminação do solo e dos lençóis subt errâneos de água, além de contribuir para a prolife ração de insetos e ratos transmissores de doenças. 3) Nos lixões, pessoas disputam restos que possam ser reaproveitados, garantindo o mínimo necessário à so5) Na compostagem, uma desvantagem seria a demora pa ra brevivência, misturam-se aos dejetos, propiciando um processar o lixo. ambiente desfavorável à vida humana. 4) Para resolver grande parte dos problemas relacionados ao 15. De modo geral, podemos dizer que os materiais são mislixo, se faz necessária a implementação de procedimentos turas de substâncias. A este respeito considere C para as eficientes que reduzissem a produção, reaproveitando-o afirmativas corretas e E para as erradas. e acondicionando-o corretamente. 1) Os materiais e as substâncias são objetos de estudo da 13. Apesar de o Brasil não apresentar, na média de consumo, Química. valores tão altos como os de outros países, mostra uma 2) Para a Química, material é qualquer porção de matéria. grande produção de lixo que, dependendo da região, pode 3) Podem os dizer que os materiais são substân cias simples, ultrapassar mais de 1 kg de lixo por habitante. Muitas cicomo é o caso do gás oxigênio O 2. dades brasileiras já têm sistemas bem avançados de trata4) Podemos dizer que o granito é um material homogêneo mento do lixo; no entanto, a realidade da maioria de nosformado por uma única substância. sas cidades ainda se marca pela falta de uma política de 5) Normalmente, as substâncias podem ser extraídas de investimento público na disposição adequada dos resíduos minérios. O ferro é obtido a partir da hematita e o cobre, urbanos sólidos. da cuprita. Esse processo consiste em purificar o material, A respeito dos sistemas de tratamento do lixo, considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. ou seja, reduzi-lo a uma substância. 80

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Química e Ciência

k c to rs e tt u h S / o i d u t S _ r e k o o L

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O trabalho do químico de fazer medições precisas em laboratórios.

1 DA ALQUIMIA À QUÍMICA 2 CONHECIMENTO CIENTÍFICO E SENSO COMUM 3 DESCONTINUIDADE DA MATÉRIA E SUA NATUREZA CORPUSCULAR

4 A QUÍMICA E SUA LINGUAGEM 5 MEDIDAS E MODELOS 6 7 8 9

GRANDEZAS DO ESTADO GASOSO PROPRIEDADES DOS GASES LEI DOS GASES E TEORIA CINÉTICA DOS GASES CIÊNCIA E TECNOLOGIA: INCERTEZAS E RISCOS

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1 Da Alquimia à Química ck o str e tt u h /S in g a y itL y tir m D

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Substâncias diferentes são armazenadas em or que substâncias diferentes possuem propriedades diversas? Do ponto recipientes separados. Os processos químide vista microscópico, como serão as substâncias? Perguntas como essas cos em que substâncias se transformam em outras sempre fascinaram a humanidade. sempre intrigaram o ser humano. É da natureza humana buscar respost as sobre

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PARE E PENSE

O que você entende por Alquimia?

WRIGHT, Joseph. O alquimista em busca da pedra filosofal . 1771. Óleo sobre tela, 127 cm3 101,6 cm. Pintura representando Henning Brand e a descoberta do elemento fósforo.

questões relativas à nossa existência e ao mundo que nos cerca. O que sou? Onde estou? O que é o mundo? O que faço e o que devo fazer neste mundo? Essas são algumas das questões para as quais, há muito tempo, buscamos respostas por meio de diversos modos de pensar. O pensamento mágico e mitológico é uma das formas mais antigas de resposta a essas questões. O mito é uma forma de pensamento que se impõe pela emotividade ou, como consideram alguns, por explicações atribuídas a forças superiores. Esse tipo de pensamento manifesto em narrativas mitológicas, como as encontradas na mitologia grega, esteve presente em sociedades primitivas e se manifestava como uma crença coletiva, que não era questionada e simplesmente acreditada por atos de fé, sendo transmitida de geração a geração. Essa forma de interpretar o mundo ainda está presente nas sociedades atuais.

Assimdo foram, explicações atribuídas à srcem e àna natureza fogo,por tidoexemplo, como ummuitas fenômeno divino. Um passo importante evolução de nossa civilização foi, contudo, quando esse pensamento mágico começou a ser substituído por uma nova forma de explicar os fenômenos: o pensamento racional estabelecido pela Filosofia, que busca respostas para as questões apresentadas anteriormente. A Filosofia busca o conhecimento derivado de relações lógicas, baseadas na razão de causa e efeito, o que muda a forma de pensar em relação ao pensamento mágico. Do pensamento racional, surgiu o pensamento científico, ao qual a Química está vinculada. A Química, uma ciência moderna, fornece-nos explicações sobre as substâncias, suas transformações, suas propriedades e constituição. Vejamos um pouco dessa história.

Das artes práticas de transformação à Alquimia Os processos químicos, nos quais substâncias se transformam em outras, sempre fascinaram humanidade. uma Na busca desde os primórdios daahumanidade, série de de dominá-los, tecnologias químicas foi desenvolvida: o controle da combustão, a obtenção de metais com base nas transformações químicas de seus minérios, o cozimento de alimentos, o processo de curtição do couro, a fabricação de vidros e cerâmicas, a obtenção de drogas e medicamentos, a produção de tintas etc. O domínio dessas tecnologias possibilitou maiores intervenções no ambiente e contribuiu para melhorar as condições de vida do ser humano. ) K (U y b r e D – yr e ll a G rt A d n a m u e s u M y b r e D

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O domínio desses conhecimentos práticos, de transformações de materiais por civilizações primitivas, se deu, muitas vezes, por técnicas executadas em rituais religiosos ou de magia. Assim, se consolidaram as técnicas dos curandeiros, dos mineiros, dos ferreiros, entre outros. A esses conhecimentos práticos se somaram conhecimentos de sábios,que permitiram melhor compreensão e maior domínio de diferentes processos de transformação. Surgiram, então, as bases da Alquimia em diversas civilizações, diferenciando-se pelas concepções de mundo de cada cultura. Desse modo, desde a Antiguidade até a Idade Média, tivemos, entre outras, a Alquimia chinesa, a hindu, a egípcia, a árabe e a europeia. Como se vê, a Alquimia não teve uma única base de conhecimento. Por isso, historiadores têm até dificuldade de defini-la claramente, considerando-a

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como doutrina, filosofia ou arte. O fato é que sua srcem sempre relacionada ao ofício prático de transformações de materiais. Comesteve relação a seu nome, alguns consideram que teve srcem na civilização egípcia, advinda da palavra khemeia, arte relacionada a mistérios, superstições, ocultismo e religião. Outra hipótese é que tenha surgido da palavra grega chyma, que significa fundir ou moldar metais. A concepção mais aceita é que o nome veio do grego chemya, palavra de srcem egípcia: kam it ou kem it = “negro”. A explicação para essa srcem pode ser atribuída ao solo negro do Egito Forno de altas temperaturas e cadinho de porcelana são instrumentos (berço das artes alquímicas), ou a uma etapa de enegrecimento no processo usados hoje, mas que já eram utilizados pelos de transmutação desenvolvido pelos alquimistas, ou, ainda, por significar a alquimistas. Arte Negra, secreta ou divina. A Alquimia passou para a História por seus ideais inatingíveis: a busca de uma fórmula que poderia transformar metais em ouro, a chamada “transmutação”, e de um elixir da longa vida, que permitiria a imortalidade. Embora nunca tenham sido alcançados pelos alquimistas, esses objetivos trouxeram ganhos bastante concretos: permitiram o desenvolvimento de aparelhos, técnicas laboratoriais e substâncias fundamentais para o desenvolvimento da Ciência. Hoje não somos imortais, mas temos uma expectativa de vida cada vez maior. As conquistas tecnológicas, obtidas pela sociedade, trouxeram riqueza e melhor qualidade de vida, embora esses benefícios não estejam disponíveis a todos.

Creat i ve C ommons

O método científico e o nascimento da Ciência moderna No século XVII, começa a se estabelecer um novo modo de justificar os conhecimentos, com base em um moderno método experimental, centrado em observações meticulosamente controladas que pudessem desenvolver teorias demonstráveis matematicamente. O filósofo inglês Francis Bacon [15611626] e o filósofo francês René Descartes [1596-1650] estão entre os vários pensadores que contribuíram para o estabelecimento desse modo de pensar: oirlandês método científico. físico italiano Galileu [1564-1642] e o químico Robert Boyle O[1627-1691] estão entreGalilei os primeiros estudiosos a fazer uso dessa metodologia. O novo método científico se consolidou e caracterizou o que chamamos hoje Ciência moderna. Essa nova forma de interpretar o mundo revolucionou diferentes campos de estudos e influenciou o modo de vida das pessoas. Seu objetivo é explicar a natureza e o universo no qual estamosinseridos. Enquanto os filósofos pensam sobre a causa da existência dos corpos, os cientistas se preocupam em explicar como eles se comportam. 83

Em Discurso do Método , obra publicada em 1637, Descartes apresenta um modelo de pensamento que contribuiu para consolidar a nova forma de pensar que caracterizou a Ciência Moderna.

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A principal característica dos campos de conhecimento que se tornaram Ciência, como as Ciências Sociais (História, Geografia, Sociologia) e as Ciências da Natureza (Física, Biologia, Química), está na forma sistemática de desenvolver seus estudos: ométodo científico. Não existe um único método em Ciências; cada uma pode ter métodos diferentes, os quais são acordados entre os próprios cientistas que decidem a forma como aceitam ou refutam os estudos de sua área. Esses métodos estabelecidos pela comunidade científica estão em constante mudança. Um método clássico e ainda utilizado nas Ciências Naturais, apesar de não ser o único, consiste na realização da sequência organizada de etapas para o estudo de fenômenos: observação do fenômeno, elaboração de hipóteses, teste das hipóteses, generalização e proposição de uma teoria explicativa para

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o fenômeno. Vejamos em que consistem essas etapas.

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Não existe um método único de investigação em Ciências: enquanto alguns cientistas coletam dados em equipamentos, outros analisam resultados obtidos em entrevistas. As análises são feitas de forma diferente, mas, sejam quais forem os métodos utilizados, deverão ser reconhecidos por suas comunidades científicas.

Marie Curie [1867-1934] em seu laboratório. O conhecimento que temos sobre radiação deve-se, em grande parte, às arriscadas experiências que custaram a saúde dessa dedicada cientista polonesa e lhe conferiram o Prêmio Nobel. k c to s n ti a L y/r ra b iL to o h P ce n e ic S

A hipótese apoia-se em uma afirmação prévia para explicar determinado fenômeno. É a explicação proposta, com base nos conhecimentos já existentes, antes de se realizar o estudo. Para explicar a combustão, por exemplo, poderíamos formular algumas hipóteses: ela ocorre pela combinação do combustível com o oxigênio ou pela combinação com outro tipo de gás. Essas e outras explicações são consideradas hipóteses até que possam ser testadas e comprovadas. As hipóteses podem ser testadas por meio de experimentos. No caso da combustão, teríamos de repeti-la diversas vezes, fazendo observações meticulosas sobre a sua ocorrência. Para testar as hipóteses citadas, a combustão deveria ser realizada inicialmente na presença de ar, depois na presença de diferentes tipos de gases, como o gás carbônico, o nitrogênio, entre outros. A análise dos resultados desses experimentos pode levar à aceitação de uma hipótese inicial ou à elaboração de novas hipóteses a serem também testadas. A comparação de resultados de diferentes experimentos pode levar a generalizações, que em Ciência chamamos . Por exemplo, leis ou regras científicas da combustão, os resultados experimentais indicam no quecaso ela não ocorre na ausência de oxigênio. Assim, o enunciado “para haver combustão deve haver oxigênio” corresponderia a uma lei, pois se trata de uma generalização. Após os testes, as explicações que estiverem de acordo com os resultados encontrados passam a constituir as teorias científicas. Teoria científica é o conjunto de afirmações consideradas válidas pela comunidade científica para explicar determinado fenômeno. 84

O nascimento da Química Moderna Os estudos sobre processos químicos eram desenvolvidos por diversos filósofos e, sobretudo, pelos alquimistas. Até a Idade Média, tais estudos se fundamentavam em teorias obscuras, mas, aos poucos, novos estudiosos adotaram os métodos experimentais da Ciência moderna e novas teorias foram surgindo para explicar as transformações químicas. Por exemplo, o médico, filósofo e alquimista suíço Paracelso, Philippus Aureolus Theophrastus Bombastus von Hohenheim [1493-1541], mesmo ainda ligado à Alquimia, desenvolveu estudos que deram início à Química médica (quimiatria ou iatroquímica). Vários outros, entre os quais se destaca o físico e químico irlandês Robert Boyle, desenvolveram técnicas experimentais na produção

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metalúrgica e na preparação de diversos materiais. Muitas das novas teorias permaneceram ainda impregnadas de velhos conceitos e modelos da Alquimia. Uma das mais marcantes foi ateoria do flogístico, proposta pelo alemão Georg Ernst Stahl [1660-1734]. Em 1731, ele aventou uma teoria explicativa para a combustão. De acordo com ela, os corpos combustíveis teriam como constituinte um “elemento”, denominado flogístico, liberado durante a queima. Embora as explicações, com base na teoria do flogístico, fossem razoáveis, ela apresentava incongruências em relação à variação demassa. Mesmo assim, foi muito aceita na época. No século XVIII, surgiram melhores explicações para a combustão. Antoine Laurent Lavoisier [1743-1794] percebeu a importância do oxigênio para esse processo. Com base em experiênciasbem elaboradas e controladas, utilizando balanças de alta precisão (cujas sensibilidade e precisãopoderiam rivalizar com balanças modernas), ele mediu a variação de massa durante a combustão de diversas substâncias. Os resultados dos experimentos demonstraram que havia conservação de massa durante as reações e permitiram que ele demonstrasse que a queima era uma reação com o oxigênio e que a cal metálica da teoria do flogístico era, na verdade, uma nova substância. A teoria do flogístico, que teve importância Lavoisier contribuiu, de maneira significativa, para o surgimento da Química histórica na busca da compreensão da natureza como ciência experimental, ao propor uma alternativa à teoria do flogístico da matéria, foi proposta pelo químico alemão e consolidar um novo método de investigação coerente com os métodos Georg Ernst Stahl [1660-1734]. científicos. O seu trabalho e o de outros químicos da época, como o escocês Joseph Black [1728-1799], contribuíram para demonstrar a necessidade do uso de balanças nos estudos da Química. Essa nova forma de estudar processos químicos já era aplicada por vários cientistas e tem os trabalhos de Lavoisier como um marco na mudança de paradigma no estudo dessa área de conhecimento. Paradigma é o padrão ou o modelo que norteia nosso modo de viver, trabalhar, fazer Ciência. É pela mudança de paradigmas, de acordo com o físico e filósofo estadunidense Thomas Kuhn [1922-1996], que a Ciência se desenvolve. Essas mudanças são também chamadas . ao período e aos fatos que Científicas Historiadores dasRevoluções Ciências divergem quanto marcaram a Revolução Química . Porém, muitos concordam que essa revolução culminou, de fato, com oTraité élémentaire de Chimie (Tratado elementar de Química), publicado porLavoisier em 1789. Nesse livro, Lavoisier apresenta uma definição operacional para elemento químico, rompendo com a concepção da teoria dos quatro elementos de Aristóteles e com a teoria do flogístico. A revolução promovida por Lavoisier se caracterizou pelo fato de os químicos passarem a utilizar um método característico 85

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is o n i lIl s, ce n ice S l a ci m e h C f o l o o h c S

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ck o ts n ti L/a L P S /t r a w e t S . D l u a P

de investigação, uma linguagem própria e um sistema lógico de teorias para estudar e explicar os processos. Contribuíram para o surgimento da Química as profundas mudanças culturais e sociais daquela época, advindas com as Revoluções Industriais e com a Revolução Francesa, inspirada nos ideais dos iluministas do chamado Século das Luzes. Vale destacar nesse contexto histórico uma característica do trabalho na comunidade científica, que é o crédito que se atribui na descoberta científica. No caso da descoberta do oxigênio, por exemplo, ela foi reivindicada por três químicos: o sueco Carl Wilhelm Scheele [1742-1786], que gerou tal gás entre os anos de 1770 e 1773; o inglês Joseph Priestley [1733-1804], que preparou o gás em 1774, provavelmente sem conhecer o trabalho de Scheele; e o francês Lavoisier, que explicou a combustão pelo oxigênio.

Joseph Priestley (1733-1804).

Muitos químicos contribuíram para a consolidação da Química como Ciência Moderna. Entre os fatos que marcaram a chamada Revolução Química está a descoberta do gás oxigênio reivindicada por três químicos: o sueco Scheele que gerou tal gás entre 1770 e 1773; o inglês Priestley que preparou o gás em 1774, provavelmente sem conhecer o trabalho de Scheele; e o francês Lavoisier, que explicou a combustão pelo oxigênio.

História da Ciência D L N P O Ã Ç A G L U IV D

A Cabeça De Lavoisier

Aseus estudos no Collège des Quatre-Nations, ele estabeleceu contato com cientistas famosos.

ntoine Laurent Lavoisier nasceu em Paris, em 1743, e lá morreu guilhotinado em 1794. Durante

Ele adorava Matemática e se interessava por todas as Ciências. Provavelmente, o primeiro trabalho científico dele tenha sido uma descriçãode exatidão notável de uma aurora boreal. Em 1768, com 24 anos, conseguiu uma vaga de químico-adjunto, tornando-se membro da Academia de Ciências. Logo ele começou a ganhar notoriedade com seus trabalhos contra a teoria dos quatro elementos. No mesmo ano, Lavoisier se tornou membro da Ferme Générale, uma companhia cujos sócios arrendavam do governo o privilégio de coletar os impostos. Eles eram obrigados a entregar ao rei uma quantia fixa estipulada e o excedente correspondia aos lucros dos fiscais. Os membros da Ferme Générale eram suspeitos de corrupção e detestados pelo povo em geral. O Tribunal da Revolução Francesa o sentenciou à morte em razão dessas acusações. O tribunal que o condenou não demorou a reconhecer sua inocência e devolver à sua esposa seus documentos e instrumentos de laboratório, permitindo a publicação de trabalhos ainda inéditos. Sua obra – que trata de procedimentos experimentais, como o uso da balança – foi fundamental para o desenvolvimento da Química, sendo Lavoisier considerado por muitos historiadores o responsável por tornar a Química uma Ciência experimental. Sobre sua morte, comentou o matemático e físico italiano Joseph-Louis Lagrange [1736-1813]: “Foi preciso somente um momento para cortar sua caDAVID, Jaques-Louis. Retrato de Antonie-Laurent e Marie-Anne Lavoisier . 1788. Óleo sobre tela, beça e, provavelmente, cem anos não serão suficientes 256 cm 195 cm. Marie-Anne teve um papel importante nos para produzir outra como aquela”.

. rk o Y w e N , rt A f o m u e s u M n a t li o p o tr e M

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trabalhos de pesquisa de Lavoisier.

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História da Ciência

Vicente seabra: o primeiro químico moderno brasileiro

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icente Coelho de Seabra Sil-

Vva Telles nasceu em Congo-

ss e r p a lh o /sF e v a h C s n e b u R

nhas do Campo, em Minas Gerais, em 1764 e morreu em 1804. Ele era de uma família rica, que o mandou es-

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tudar no Seminário de Nossa Senhora da Boa Morte, na cidade de Mariana. Esse Seminário era a principal escola na Capitania de Minas Gerais. Em 1783, ele foi enviado para estudar D L N P O Ã Ç A G L U IV D

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na Universidade de Coimbra, em Por-

tugal, na qual se formou em Filosofia (1787) e em Medicina (1790). Seus estudos iniciais em Filosofia ocorreram no Seminário de Mariana e seus estudos Química ocorreram em Coimbra.emSeu primeiro livro publiVicente Seabra, químico brasileiro, iniciou os seus estudos no Seminácado foi em 1787, sobre estudos de rio de Mariana-MG. Concluiu seus estudos na Universidade de Coimbra, em Portugal, e produziu notórias pesquisas e publicações que contribuíram na implantação fermentação. Nessa obra e, em duas de uma moderna nomenclatura da química em Língua Portuguesa. outras, publicadas no ano seguinte, Dissertação sobre o Calore Elementos Químicos, Seabra apresenta resultados de seus experimentos que confimam a teoria de combustão de Lavoisier, que derrubava a teoria do flogístico. Destaca-se que, em suas publicações, Seabra introduziu na Língua Portuguesa uma nova nomenclatura química, difundida por Lavoisier em seu Tratado de Elementos de Química . Vicente Seabra desenvolveu, ainda, estudos em botânica e agricultura. Dedicou a sua obraElementos Chimica à Sociedade Literária do Rio de Janeiro. Embora criticado inicialmente por cientistas portugueses, a Sociedade Portuguesa de Química, em sua homenagem, criou a medalha Vicente Seabra. Pouco se sabe da vida privada de Seabra; apenas que foi casado e tinha um corpo rf ágil, o que pode ter a ver com sua morte prematura antes de que completar 40 aanos. Prof.eminente Emérito químico de Química da UFMG, (1944-), resgatou obraOdeste brasileiro, afirmaCarlos sobreAlberto Seabra: L.“a Filgueiras brevidade de sua existência e as enormes dificuldades que teve de suportar, como o ostracismo dirigido a seus livros, tornam suas realizações ainda mais notáveis”. Tudo isso nos mostra, que o establecimento da Química como Ciência moderna deveu-se ao trabalho coletivo de inúmeros químicos, muitos dos quais não são lembrados.

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ia c n ê i c e a ic ím u Q

2 Conhecimento científico

e senso comum

3 O L U ÍT P A C

k c to rs e tt u h S / c o d h t a p

A diferença entre o conhecimento científico e o conhecimento do senso comum é a maneira como cada um é construído e organizado.

PARE E PENSE

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O que diferencia o conhecimento científico do senso comum, isto é, do conhecimento não científico? Será que o conhecimento do cozinheiro e do oleiro também são conhecimentos científicos? Por quê?

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odemos dizer que muitos dos objetos de estudo dos cientistas são também estudados por pessoas que não têm conhecimentos científicos sobre o assunto. Sabemos, por exemplo, que os índios podem conhecer mais sobre o ciclo de plantas e os hábitos de animais de sua região do que os biólogos. Todavia, o que diferencia o conhecimento científico do senso comum é a maneira como ele é construído e organizado. Os cientistas utilizam rígidos critérios e métodos de investigação para obter, justificar e transmitir o conhecimento científico. No senso comum, o conhecimento é conquistado sem, necessariamente, seguir métodos e técnicas específicos.No senso comum não existe uma organização sistematizada do conhecimento. Cientistas reúnem-se para definir os métodos e as técnicas que serão aceitos pela comunidade científica como válidos. Tais métodos estão constantemente em mudança. Dessa forma, ummétodo que hoje não é aceito pela comunidade, amanhã poderá sê-lo e vice-versa. g r .o Q B S

Os cientistas se organizam em sociedades que promovem eventos, nos quais são debatidos os métodos e as normas da atividade científica. Muitas dessas sociedades publicam revistas científicas, cujos artigos s ão avaliados pela comunidade que define os critérios de aceite dos trabalhos publicados. A Sociedade científica mais importante de Química do Brasil é a Sociedadde Brasileira de Química (SBQ), que anualmente promove reunião em que são apresentados trabalhos de pesquisas de seus associados. Ao lado, 37a reunião anual de Química, realizada em Natal, RN, em 2014.

Apesar da sua larga aplicação, as teorias científicas têm seus limites. Nãoconhecimento conseguem explicar tudo. Compreender as que limitações do científico é fundamental paraa natureza sabermoseaté ponto e como poderemos usar esse conhecimento. Por isso, é preciso, antes de tudo, reconhecer que a Química, como toda Ciência, não expressa uma verdade absoluta. Ela apresenta a explicação que é mais bem-aceita pela comunidade científica. Isso pode valer em um período histórico e não ser aceito em outro. O conhecimento científico é elaborado com rigor e permite muitas vezes, com bastante precisão, prever e explicar novos fenômenos. Todavia, dependendo do que se pretende, isso pode ser feito também por outros tipos 88

de conhecimento. Embora o conhecimento prático culinário de uma dona de casa seja suficiente para preparar excelentes refeições, ele não é capaz de explicar os princípios químicos envolvidos no processo, sendo insuficiente para garantir a qualidade exigida para a produção industrializada.

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O conhecimento das transformações químicas não é de domínio exclusivo dos químicos.

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Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO. 5

1. Cite algumas transformações químicas conhecidas desde o início da humanidade e sua utilização.

2. Em que acreditavam os alquimistas? Quais as suas principais atividades?

3. Pesquise, em livros de História ou na internet, em sites D L N P O Ã Ç A G L U IV D

confiáveis, a influência dos iluministas no surgimento de Ciências modernas como a Química.

4. Pesquise, em livros de História ou na internet, em sites confiáveis, a Revolução Industrial e a Revolução Francesa e identifique as contribuições desses períodos históricos para o desenvolvimento da Química como Ciência.

5. Em que consistia a teoria do flogístico? 6. Qual é a diferença entre a explicação da combustão pela

grávidas. Mas aconteceu uma tragédia: bebês de mães que fizeram uso desse medicamento nasceram com deformidades nos membros superiores e inferiores. Sobre tal acontecimento, debata: a) O que poderia ter sido feito para evitar essa tragédia? b) Se a Medicina é uma Ciência, devemos ou não confiar nos medicamentos prescritos pelos médicos? Justifique.

15. (AEUDF) Analisando os resultados de vários experim entos, um aluno chegou à seguinte conclusão: “quando se coloca uma vela acesa em um recipiente fechado, ela se apaga”. Essa conclusão é: a) Uma hipótese. b) Uma experimentação. c) Uma generalização. d) Uma teoria. e) Um modelo.

16. (UnB-PAS-DF) Sobre o conhecimento científico e a Química,

teoria do flogístico e pela teoria de Lavoisier?

7. Cite uma das contribuições de Lavoisier para o surgimento da Química como Ciência.

8. Existe um único método científico? Por quê? 9. Em que a Alquimia contribuiu para o desenvolvimento da Química?

10. Estabeleça a principal diferença entre a Alquimia e a Química.

11. O que diferencia os conhecimentos químicos do senso comum?

12. O conhecimento químico expressa a verdade absoluta? Justifique sua resposta.

julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) O conhecimento químico representa o avanço da Ciência, a qual permite descobrir a verdade acerca dos fenômenos, fornecendo as certezas a respeito do como e do porquê dos fatos observados. 2) As transformações químicas são realizadas exclusivamente em laboratórios especializados. 3) A Química é uma Ciência milenar que surgiu desde os primórdios da humanidade com a Alquimia. 4) A Alquimia é um tipo de conhecimento mágico que não é considerado científico. 5) O conhecimento científico é estruturado em um método

Limpim é o fabricante do sabão mais vendido na sua 13. Zé região. Seu produto é fabricado por várias gerações da fa-

sistemático investigação denominado método científico, o qual de varia com o passar dos tempos.

mília. No momento, sua produção já está sendo vendida até na capital. Você poderia afirmar que Zé Limpim é um cientista e, por isso, seu sabão é de boa qualidade? Justifique sua resposta.

17. (UnB-DF) Julgue cada um dos itens a seguir, considerando

14. Durante alguns anos, médicos receitaram medicamentos à base de talidomida para amenizar os enjoos de mulheres 89

C para os corretos e E para os errados. 1) Numa experiência química qualitativa, o cientista limita-se a verificar o que acontece, sem efetuar medições. 2) As hipóteses formuladas nos domínios da Química são testadas experimentalmente e podem resultar em leis.

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ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

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3) O método científico, aplicado em Química, baseia-se em experimentação, observação e análise. 4) No caso da Química, o trabalho em equipe é sempre desaconselhável.

18. Os Alquimistas, desde o início da Era Cristã até o século XVII, com sua busca incansável para obter a pedra filosofal e o elixir da vida, um misto de ciência e muito misticismo, foram muito importantes para a química moderna. Eles proporcionaram à Ciência moderna a descoberta de muitas substâncias, além de instrumentos de laboratório e algumas técnicas. Julgue cada um dos itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Apesar de os alquimistas nunca terem conseguido a fórmula do elixir da longa vida, que lhes permitiria ter a vida eterna, e nem conseguido a tão buscada pedra filosofal, na busca por esses ideais, eles desenvolveram muitos aparelhos e técnicas que são usados até hoje nos laboratórios. 2) Não podemos dizer que a Química é uma ciência milenar com srcem na antiga Alquimia, porque os conhecimentos adquiridos na primeira são obtidos de acordo com o método científico, enquanto a segunda tem suas explicações baseadas no uso de magia. 3) Podemos considerar os alquimistas como os primeiros químicos, visto que possuíam um conhecimento mágico que também é considerado conhecimento científico. 4) Os trabalhos de Lavoisier são considerados um marco na mudança de paradigma diferenciando a Química e a Alquimia.

19. (ENEM) Na fabricação de qualquer objeto metálico, seja um parafuso, uma panela, uma joia, um carro ou um foguete, a metalurgia está presente na extração de metais a partir dos minérios correspondentes, na sua transformação e sua moldagem. Muitos dos processos metalúrgicos atuais têm em sua base conhecimentos desenvolvidos há milhares de anos, como mostra o quadro. Podemos observar que a extração e o uso de diferentes metais ocorreram a partir de diferentes épocas. Uma das razões para que a extração e o uso do ferro tenham ocorrido após a do cobre ou estanho é: MILÊNIO ANTES DE CRISTO

MÉTODOS DE EXTRAÇÃO E OPERAÇÃO

Quinto milênio a.C. Conhecimento do o uro e do cob re nativos. Conhecimento da prata e das ligas de ouro e prata. Quarto milênio a.C. Obtenção do cobre e chumbo a partir de seus minérios. Técnicas de fundição. Terceiro milênio a.C. Obtenção de estanho a partir do minério. Uso do bronze. Segundo milênio a.C.

Introdução do fole e aumento da temperatura de queima. Início do uso do ferro.

Primeiro milênio a.C.

Obtenção do mercúrio e dos amálgamas. Cunhagem de moedas.

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a) A inexistênc ia do uso de fogo que permitisse sua moldagem. b) A necessidade de temperaturas mais elevadas para sua extração e moldagem. c) O desconhecimento de técnicas para a extração de metais a partir de minérios. d) A necessidade do uso do cobre na fabricação do ferro. e) Seu emprego na cunhagem de moedas, em substituição ao ouro.

20. (FUVEST) O tema “teoria da evolução” tem provocado debates em certos locais dos Estados Unidos da A mérica, com algumas entidades contestando seu ensino nas escolas. Nos últimos polêmica está centrada no termo teoria que, notempos, entanto,a tem significado bem definido para os cientistas. Sob o ponto de vista da ciência, teoria é: a) Sinônimo de lei científica, que descreve regularidades de fenômenos naturais, mas não permite fazer previsões sobre eles. b) Sinônimo de hipótese, ou seja, uma suposição ainda sem comprovação experimental. c) Uma ideia sem base em observação e experimentação, que usa o senso com um para explicar fatos do cotidiano. d) Uma ideia, apoiada no conhecimento científico, que tenta explicar fenômenos naturais relacionados, permitindo fazer previsões sobre eles. e) Uma ideia, apoiada pelo conhecimento científico, que, de tão comprovada pelos cientistas, já é considerada uma verdade incontestável. 21. (UFSC-adaptada) – Leia o texto a seguir com atenção.

“No esforço para entender a realidade, somos um homem que tenta compreender o mecanismo de um relógio fechado. Ele vê o mostrador e os ponteiros, escuta o tique-taque, mas não tem como abrir a caixa. Sendo habilidoso, pode imaginar o mecanismo responsável pelo que ele observa, mas nunca estará seguro de que sua explicação é a única possível.” (Albert Einstein) Em relação à ciência e ao método científico, considerando C para os corretos e E para os errados: 1) A ciência pode ser entendida como um contingente aleatório e estático do conhecimento, baseado em observação, experimentação e generalização. 2) Uma vez levantada, por indução, uma hipótese para explicar um fenômeno, os cientistas fazem uma dedução, prevendo o que pode acontecer se sua hipótese for verdadeira. 3) Os experimentos, capazes de testar as hipóteses formuladas, devem lidar com umacontrolados. parte do problema de cada vez e ser cuidadosamente 4) Confirmados os resultados, eles devem ser publicados em jornais diários locais, de grande circulação, para que possam ser analisados e criticados pela população em geral, constituindo-se, então, em leis científicas. 5) As conclusões do método científico são universais, ou seja, sua aceitação não depende do prestígio do pesquisador, mas de suas evidências científicas.

3 Descontinuidade da matéria

1

e sua natureza corpuscular ck tso r tte u h S / g n e a h i a m k o D

A diferença de tonalidade das amostras de açúcar, devida a diferentes processos químicos aos quais foram submetidas, permite a visualização da granulação da substância.

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PARE E PENSE

M

uita gente pensa que na matéria não existem espaços vazios, ou seja,

ela é preenchida ininterruptamente. Realize o experimento a seguir e pense a respeito.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Como é formada microscopicamente a matéria? Seria possível enxergar as partículas que constituem a matéria?

Atividade Experimental Há espaço vazio na matéria?

experimento ser feito em copo. grupo Temos na própria sala de aula, coma materiais pode conseguir casa. Observe umEsse pedaço de ferro éoupara a água em um a impressão de que matéria é que todavocê contínua. Será que em é mesmo? Faça a atividade a seguir e verifique tal ideia utilizando o “método científico” clássico: observe, elabore hipóteses, teste essas hipóteses e proponha uma teoria ou um modelo para guiar seu pensamento. Materiais

2 béqueres, ou frascos de vidro transparente de volume próximo, de 100 mL Água Espátula Grãos de feijão Açúcar cristal Cristais de permanganato de potássio (pode ser encontrado em farmácias) ou pó para preparar refresco de uva Procedimento

Parte A 1. Em um béquer ponha água até a marca dos 50 mL. 2. Pegue com uma espátula um pequeno cristal de permanganato de potássio e adicione-o ao béquer com água.

Observese e anote o queo aconteceu com de o cristal de permanganato adicionado à água. Por que o sistema foi alterado quando adicionou permanganato potássio? Justifique do ponto de vista microscópico. Parte B 1. Em um béquer ou frasco de vidro correspondente de 100 mL, coloque um punhado de grãos de feijão até a marca dos 50 mL. 2. Acrescente açúcar cristal ao béquer com o feijão até a marca dos 50 mL, dando pequenas batidas até não conseguir adicionar mais açúcar cristal sem ultrapassar o limite dos 50 mL. 3. Acrescente água ao béquer com o feijão e o açúcar cristal até a marca de 50 mL. 91

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ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

Será que há espaços vazios na água, nos quais possam ser inseridas partículas minúsculas como as de sal? k c o t rs e tt u h S / ca il e M

Observe e anote se existe água na região que contém feijão e açúcar cristal. Como a água pôde ser adicionada? Ainda há espaços vazios onde se encontram feijão, açúcar e água? Seria possível adicionar algum outro material? Qual? Destino dos resíduos

O resíduo sólido dessa atividade pode ser descartado no lixo seco e o resíduo líquido no sistema de esgoto. Análise de dados

1. O que vai acontecer com o permanganato de potássio com o passar do tempo? 2. Na parte B, o que você pôde observar? 3. Se imaginarmos um modelo em que a constituição da matéria é considerada contínua,

sem espaços vazios, como poderíamos explicar os resultados desse experimento? 4. Usando o modelo que você considera mais plausível para compreender os resultados

obtidos, explique o que ocorreu no experimento. 5. Considerando suas conclusões, apresente um modelo para a constituição da matéria.

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Se a matéria fosse contínua como um bloco maciço sem nenhum espaço vazio, como explicar o aroma de café que sai da cafeteira e se espalha pelo ar? Como explicar o fato de o grão de permanganato de potássio ou de uma gota de tinta colorir, igualmente, certa porção de água contida em um recipiente? Muitos sólidos, ao se dissolver na água, dão a impressão de que desaparecem completamente. No entanto, podemos explicar a dissolução como um processo em que o sólido se divide em partículas minúsculas que se dispersam pelo líquido. Os sólidos tingem líquidos nos quais são dissolvidos, por causa da cor de suas partículas. Ao adicionar o cristal de permanganato de potássio ao béquer, a ideia que surge é a de movimento. Você observou que a coloração violeta se distribuiu lentamente no líquido incolor, ou seja, as partículas do permanganato se distribuíram entre as partículas constituintes da água. As observações da segunda parte do experimento nos permitem pensar que assim como entre os grãos de feijão existem espaços vazios, nos quais se alojaram as partículas de açúcar, também entre as partículas constituintes do açúcar há espaços vazios onde se alojaram partículas constituintes da água. A ideia de que os constituintes da água também são partículas pode ser deduzida, pois é possível dissolver diversos sólidos na água, como o permanganato de potássio, o sal de cozinha, o açúcar etc. O que ocorre é que as partículas desses sólidos, infimamente pequenas, distribuem-se entre as também infimamente pequenas da água. Essas partículas são tão pequenas, que não são perceptíveis pela nossa visão nem por microscópios ópticos. Do ponto de vista macroscópico, a matéria aparenta ser contínua. Do ponto de vista é formada por partículas, é descontínua. Issopartículas significa que amicroscópico, matéria é de porém, natureza corpuscular. Os químicos denominam as constituintes do açúcar, de moléculas de sacarose e as partículas constituintes da água, de moléculas de água. Nem todas as partículas constituintes da matéria são moléculas, conforme você verá mais adiante em nossos estudos no capítulo 6 do livro. Para facilitar nosso estudo, vamos inicialmente pensar nas partículas constituintes que são moléculas. De que são formadas as moléculas? Vamos avançar com mais informações para que possamos responder a essa questão. 92

Substâncias simples e compostas

1

Será possível decompor uma substância em outras? Como isso seria possível? Estudos demonstram que as substâncias podem ser constituídas por mais de um tipo de partícula. Vejamos como essa constatação pôde ser deduzida. Um experimento relativamente simples, que permite responder às questões acima, é a eletrólise da água, descrita a seguir.

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Eletrólise da água

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PARE E PENSE A eletrólise da água é feita aplicando-se uma corrente contínua a uma solução aquosa condutora de eletricidade, que geralmente pode ser uma solução Na eletrólise da água, Como obtêm-se de hidróxido de sódio dissolvido em água. Esse é um experimento simples dois gases diferentes. foi que você pode fazer com orientação do professor e utilizando fios e pilhas. possível a formação dessas duas Na eletrólise da água, a corrente elétrica gera duas novas substâncias novas substâncias? Esse fenômeno gasosas, uma delas em cada eletrodo. Testando-se os gases produzidos, é uma transformação química ou um observa-se que o de maior volume pega fogo ao contato com um fósforo processo físico? aceso, esse é o gás hidrogênio. O de menor volume não pega fogo, mas aviva um palito de fósforo em brasa, esse é o gás oxigênio. Análises químicas revelam que o eletrólito adicionado à água (hidróxido de sódio) não sofreu alteração durante a eletrólise; portanto, os gases obtidos são provenientes tubo 1 tubo 2 fios da decomposição da água. encapados A eletrólise da água permite melhor compreensão da constituição das substâncias. Se de uma substância obtêm-se outras, significa que essa substância tem uma composição que pode ser desmembrada em outras mais simples. A eletrólise da água provoca um processo de decomposição química. Muitas outras substâncias podem sofrer decomposição, ou seja, podem ser transformadas em mais de uma substância por processos químicos. É o caso do açúcar, por exemplo, que ao ser aquecido produz carvão, gás carbônico solução de e água; do peróxido de hidrogênio (água oxigenada), que se decompõe em água e sal água e gás oxigênio; ou dos óxidos metálicos, que se decompõem em metais e oxigênio. Essas substâncias são, portanto, compostas. De outro modo, muitas outras substâncias não podem ser decompostas pontas pilhas em outras. Os gases hidrogênio e oxigênio são exemplos de substâncias que desencapadas não se decompõem. Outros exemplos são os metais (cobre, alumínio, zinco, ouro, prata etc.), os gases (nitrogênio, hélio, neônio, argônio etc.), o enxofre e a grafita. Todas essas são substâncias simples. Assim, podemos dizer que existem duas categorias de substâncias: as que podem ser decompostas em outras, chamadas substâncias compostas, e as que não possibilitam desmembramento, assubstâncias simples. Essa é uma definição operacional para substância, advinda da experimentação, e, de certa forma, foi esta a definição operacional estabelecida por Lavoisier para elemento químico no seu livro Tratado Elementar de Química , no ji u Y .J

ck o ts r e tt u h /S

w a sh n e p O e n i le e d a M

qual considerou que as substâncias são constituídas por elementos químicos, como explicaremos adiante.simples Essa conceituação de substância simples e composta, pela possibilidade de seu desmembramento, não é precisa, pois há substâncias simples que podem se desmembrar em outras substâncias simples. Por isso, essa conceituação será definida com mais precisão posteriormente. A definição mais adequada vem ao se responder à questão sobre a constituição das moléculas. Essa questão sobre a constituição da matéria sempre instigou a humanidade. Vamos observar, no próximo capítulo, como, ao longo da História, diferentes respostas foram dadas a essa questão. 93

A maioria dos combustíveis, como a parafina, é constituída por substâncias compostas que, ao serem queimadas, se decompõem em outras substâncias, como o gás carbônico (CO2), outra substância composta, e a fuligem (C).

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it t u m e D yl e H

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

Alguns exemplos de substâncias simples: cobre (Cu), zinco (Zn) e alumínio (Al). ij u Y J.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

As substâncias simples têm como constituintes partículas formadas por apenas um tipo de átomo.

As substâncias compostas têm como constituintes partículas formadas por mais de um tipo de átomo.

ji u Y J.

ry a r ib L a i n a lyv s n n e P f o yt i rs vie n U / n o ti c lle o C l a ir o m e M th i m S s h a F

Em 1860, o congresso científico de Karlsruhe, realizado na Alemanha, considerado o primeiro grande encontro da comunidade química, contribuiu para resolver essa questão sobre a denominação das partículas constituintes das substâncias. Adotou-se uma proposta apresentada pelo químico italiano Stanislao Cannizzaro [1826-1910] e desenvolvida décadas antes pelo químico italiano Amedeo Avogadro [1776-1856]: a designação demolécula para as partículas que constituemas substâncias. Contudo, hoje, o termo “molécula” tem outros significados, que serão discutidos à medida que avançarm os nosso conhecimento no curso. Por enquanto, por motivos didáticos, adotaremos

r a g d E

o termo constituinte , que é maiso abrangente do que o termomolécula . Considere, portanto, constituinte átomo ou grupo de átomos que formam a partícula da substância. Os químicos podem caracterizar as substâncias por um conjunto de propriedades ou pela sua constituição. O mais comum é utilizar a constituição como referência e, assim, representar as substâncias por fórmulas que indicam seus constituintes. Nesse sentido, temos uma nova definição para as substâncias, do ponto de vista de sua constituição: Stanislao Cannizzaro foi quem defendeu a utilização do conceito de molécula, apresentado por Amedeo Avogadro.

Substância é uma porção de matéria constituída por um, e somente um, tipo de constituinte. Os constituintes das substâncias são formados por átomos isolados ou combinados entre si. Conhece-se hoje mais de cem tipos de átomos. Cada tipo de átomo é denominadoelemento químico. Dessa forma, do ponto de vista da constituição dasmaneira substâncias, podemos definirmaneira: as substâncias simples e compostas, de uma formal, da seguinte

Substância simples é um tipo de substância formada por átomos de apenas um tipo, ou seja, de um mesmo elemento químico. Substância composta é um tipo de substância formada por átomos de mais de um tipo, ou seja, demais de um elemento químico. 94

4 A Química e sua linguagem

1

ck to S i/ h p a r g o t o h sp p

2

Os químicos descobrem e produzem em laboratório novas substâncias por meio de reações químicas. Tudo precisa ser cuidadosamente identificado e anotado. PARE E PENSE

Qual é o trabalho do químico na sociedade? O que são fórmulas químicas? O que é equação química?

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Plásticos Ferro (ímã) Ouro Cobre encapado com plástico

tit u m e D ly e H

Poliamida Liga metálica

V

imos, ao longo desta primeira unidade, os conceitos relativos aos campos básicos de estudo da Química. Aprendemos, neste capítulo, como a Química se consolidou historicamente como uma Ciência moderna. Vamos recapitular o que ela estuda. Os químicos sentem um inconfessável prazer em transformar as coisas. É claro que ninguém jamais conseguiu criar algo a partir do nada – esse ainda é um mistério insondável... –, mas, mesmo assim, os químicos contribuem para a transformação do mundo em que vivemos. Diariamente, eles descobrem e sintetizam (produzem em laboratório) novas substâncias por meio de reações químicas. Muitas são posteriormente utilizadas na fabricação de novos materiais; outras entram na composição de medicamentos, de produtos de limpeza, de alimentos (para conservar e melhorar o sabor, a aparência ou o teor nutritivo) e de uma infinidade de outros produtos que consumimos diariamente. Além de serem utilizadas para a obtenção de novos materiais, as reações químicas também são importantes fontes de energia: você já imaginou como seria difícil nossa vida sem as fontes de energia? Haveria vida? Pois é graças às reações químicas que obtemos a maior parte da energia que consumimos. O estudo da Química envolve, portanto, conhecimentos sobre processos de transformações das substâncias e a energia associada a essas transformações. As reações são o principal foco de estudo da Química, mas não o único. A identificação de substâncias, por meio da determinação de suas propriedades químicas e físicas, é outra importante linha de pesquisa. Para entender as propriedades das substâncias e dos materiais, os químicos estudam a sua constituição. Podemos,sim, as conceituar a Química da seguinte forma: tit u m e D yl e H

Algodão

Os materiais que usamos diariamente são resultado de transformações químicas desenvolvidas por indústrias químicas . Borracha

A bateria de telefone celular produz energia com base em reações químicas ocorridas em seu interior.

Química é a Ciência que estuda as substâncias, suas constituições, suas propriedades e suas transformações em novas substâncias, além dos efeitos e modelos explicativos relacionados a tais transformações.

Náilon 95

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ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

Em todas essas áreas, diferentes métodos são usados tanto para identificar as substâncias presentes nos materiais como para determinar a quantidade de cada uma delas, funções específicas da Química Analítica. Esse ramo da Química é responsável pelo desenvolvimento de técnicas e instrumentos de análise da composição dos materiais. Os modelos obtidos com o apoio da tecnologia computacional são largamente utilizados na Química Teórica, cujo objetivo é descrever, com mais precisão, a constituição da matéria. Enquanto no passado a previsão de reações químicas era feita somente com base em experimentos realizados em laboratório – e é por isso que a chamamos Ciência experimental –, hoje a Química pode não somente prever a ocorrência de reações pelo computador, mas também propor novos materiais por esse estudo. Por isso, além de conhecer técnicas de laboratório, o químico precisa estudar modelos teóricos da constituição da matéria e dominar a linguagem da simbologia química, ferramentas básicas desse profissional.

Linguagem química

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Como toda Ciência, além de seus métodos investigativos e suas teorias e modelos, a Química apresenta uma linguagem própria, rica em símbolos e regras diferentes da linguagem comum. Durante seu estudo, você irá aos poucos se familiarizando com essa simbologia química. Coloque um cientista russo, um chinês, um alemão e um brasileiro num mesmo laboratório para fazer um experimento químico. Algum problema? Pode ficar tranquilo: mesmo que esses cientistas só conseguissem secomunicar no próprio idioma, eles teriam a linguagem da Química para se entender. A nomenclatura dos elementos químicos é a mesma no mundo todo, o que é fundamental para o desenvolvimento da Ciência. Afinal, uma das condições para que um experimento tenha um caráter científico é a de que possa ser repetido por outro cientista e em qualquer parte do mundo. Por isso, as quantidades, os nomes, as fórmulas, tudo tem de seguir o mesmo padrão. Isso parece óbvio hoje, mas nem sempre foi assim.

NÃO METAIS: SÍMBOLOS GEOMÉTRICOS Oxigênio

Nitrogênio

Hidrogênio

Carbono Enxofre Fósforo METAIS: CÍRCULOS, COM AS LETRA S INICIAIS DONOME LATINO DO METAL Ferrum

Cuprum

Stannum

Stibium

Plumbum

ÁCIDOS: QUADRADOS, COM A LETRA INICIAL DO ÁCIDO (Ácidoclorídico)

(Ácidoacético)

BASES E TERRAS: TRIÂNGULOS, COM A LETRA INICIAL DO NOME Os químicos franceses Jean Henri Hassenfratz [1755-1827] e Pierre AugusteAdet [1763-1832] propuseram umasimbologia

Potassa

Soda

Barita

Magnésia

Cal

que deu srcem à utilizada hoje .

Na Idade Média, os alquimistas já usavam símbolos para representar substâncias, materiais, equipamentos, operações e unidades de medida. No entanto, esses símbolos eram compreendidos apenas pelos iniciados, ou seja, pelas poucas pessoas que tinham acesso aos segredos alquímicos. Além de restrita, a simbologia alquímica não era padronizada: uma mesma substância podia ter vários nomes e um mesmo nome podia indicar diferentes substâncias. Já imaginou a confusão? 96

OS QUATRO ELEMENTOS

OUTRAS SUBSTÂNCIAS

Terra

1

Sal (símbolo genérico para “sais”)

Água

Sal comum (o nosso cloreto de sódio)

Ar

2

Enxofre

Fogo Sublimado de mercúrio

Ainda hoje usamos esse símbolo para representar aquecimento: herança insuspeitada da Alquimia.

3

Realgar

OS SETE METAIS

4

Vitríolo

Ouro (o Sol) Prata (a Lua)

Sal amoníaco

Cobre (Vênus)

Água-forte (ácido nítrico)

5

Ferro (Marte)

OUTROS SÍMBOLOS

6

Mercúrio Sublimação (processo)

Chumbo (Saturno) D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Retorta (equipamento)

Estanho (Júpiter)

Os símbolos da Alquimia eram expressos em códigos só conhecidos pelos “iniciados”.

No século XVIII, já havia relativo consenso sobre a nomenclatura das substâncias químicas, mas os nomes eram escolhidos arbitrariamente. Eles podiam representar uma propriedade (água-forte), um lugar (sal de Epsom), uma pessoa (sal de Glauber), um astro (cáustico lunar) ou uma combinação desses critérios. Isso fez com que os químicos se preocupassem em padronizar a nomenclatura química, propondo vários sistemas até que se chegasse ao atual.

Hidrogênio

Oxigênio

Carbono

1 átomo de mercúrio líquido

Nitrogênio

Enxofre

+

1 átomo de oxigênio gasoso

Ouro

#

1 molécula de óxido mercúrico vermelho

No início do século XVIII, Dalton propôs uma simbologiaiconográfica para representar os elementos químicos e as substâncias. Mas ainda não seria essa a solução definitiva.

O sistema adotado hoje foi proposto pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius [1779-1848]. Ele sugeriu que os símbolos dos elementos químicos fossem derivados dos seus respectivos nomes em latim. Como o número de elementos químicos existentes é maior do que o de letras, utilizam-se, na maioria dos casos, duas letras: a primeira sempre maiúscula e a segunda minúscula. Com essa nomenclatura, é possível a comunicação entre os químicos de diferentes países, mesmo que não utilizem o nosso alfabeto, como é o caso dos chineses e japoneses. Existem casos, porém, em que, para um mesmo elemento químico, foram adotados diferentes símbolos. Um exemplo é o elemento rutherfórdio104 ( Rf). Sintetizado ao mesmo tempo por russos e americanos, ele foi batizado pelos russos com o nome de kurchatóvio 104 ( Ku), em homenagem ao físico russo Kurchatov [1903-1960], que o identificou. Para evitar qualquer dúvida, adotamos neste livro a nomenclatura oficial da União Internacional de Química Pura e Aplicada da (Iupac – Internacional Union of Pure and Applied Chemistry), organização internacional que congrega sociedades de Química de diferentes países. 97

7

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

Fórmulas químicas Enquanto os elementos químicos são representados por símbolos, as substâncias são representadas por fórmulas. Nelas, representamos os símbolos dos elementos químicos que estão presentes no constituinte de cada substância e, por meio de índices numéricos colocados um pouco abaixo do símbolo do elemento, indicamos o número de átomos de cada elemento que compõe o constituinte. Para os elementos químicos, que aparecem apenas uma vez no constituinte da substância, não é necessário indicar o índice. O quadro a seguir apresenta as fórmulas químicas de algumas substâncias simples. Átomos de alguns elementos químicos podem formar substâncias simples diferentes. Nesse caso, essas substâncias simples recebem o nome de alótropos. O gás oxigênio (O 2) e o gás ozônio (O 3) são formas alotrópicas do elemento químico oxigênio. ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS SIMPLES E SUAS FÓRMULAS Substância

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Elementoquímico

Fórmula

Hidrogênio

hidrogênio(H)

H

2

Nitrogênio

nitrogênio(N)

N

2

Oxigênio

oxigênio (O)

O

2

Enxofre

enxofre (S)

S

8

Ferro

ferro (Fe)

Fe

Iodo

(I) iodo

Alumínio

alumínio (Al)

I

2

Al

Observe no quadro, as fórmulas do diamante e da grafite (ou grafita). São iguais, não é mesmo? Como é possível haver dois materiais tão distintos com a mesma fórmula? EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS ALOTRÓPICAS Elementoquímico

Oxigênio(O)

Alótropos

oxigênio(O 2), ozônio (O3) grafite (C), diamante (C)

Carbono (C) fulereno (C60), nanotubos (Cn) Fósforo (P)

98

fósforo branco (P4) fósforo vermelho (Pn)

De fato, a grafite e o diamante são ambos formados pela combinação de átomos de carbono. No entanto, a configuração espacial, ou seja, o arranjo dos átomos de carbono no constituinte da grafite, é diferente da configuração dos átomos no constituinte do diamante. Portanto, são substâncias distintas, pois possuem constituintes diversos. Obviamente, as propriedades físicas e o valor comercial também são diferentes.

1

2

ij u Y .J

3

4

5

Modelo de arranjo de átomos de carbono da grafite. 6

7

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ij u Y J.

Modelo de arranjo de átomos de carbono dodiamante.

Vejamos o significado das fórmulas das substâncias. A fórmula da água é H2O. Você já sabe que o símbolo H representa o elemento químico hidrogênio e o símbolo O representa o elemento químico oxigênio. Logo, pela fórmula, podemos afirmar que a água é formada por átomos de hidrogênio e de oxigênio. O índice 2 indica que cada constituinte possui dois átomos de hidrogênio. A não existência de índice após o símbolo do oxigênio indica que cada constituinte da água possui apenas um átomo de oxigênio. Fácil, não? O quadro abaixo apresenta asfórmulas de algumas substâncias compostas. ALGUNS EXEMPLOS DE SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS E SUAS FÓRMULAS Substância

Fórmula

HO 2 H2SO4 NaCl NaOH NH3 (NH4)2CO3 CH4

Água Ácido sulfúrico Cloreto de sódio (sal) Hidróxido de sódio (soda cáustica) Amônia Carbonato de amônio (sal-amoníaco) Metano (gás dos pântanos) 99

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

Equação química No primeiro capítulo, estudamos que as reações químicas são processos em que novas substâncias são formadas. Agora, vamos aprender a representar essas reações de maneira simplificada, usando a simbologia química. Essa representação simbólica da reação é chamada equação química.

Equação química é a representação simbólica da reação química. Na equação química, as substâncias que reagem, denominadas reagentes, e as substâncias que são formadas, denominadas produtos, são representadas por suas fórmulas químicas. Os reagentes são separados dos produtos por uma seta, como é mostrado a seguir: reagente(s)

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

(

produto(s)

No caso de existir mais de uma substância como reagente ou como produto, suas fórmulas são separadas pelo sinal de soma (+), indicando que os reagentes devem estar em contato para que a reação ocorra e que os produtos sejam formados simultaneamente. Ao se apresentar uma equação química, deve-se também especificar o estado de agregação de cada substância envolvida. O estado gasoso é representado por (g), o estado líquido por (l), o estado sólido por (s) e as substâncias dissolvidas em água por (aq). As letras que representam os estados de agregação devem ser colocadas ao lado dos símbolos das substâncias e não como índices, como era utilizado antigamente. Além de representar as substâncias reagentes e os produtos, é necessário também representar as proporções entre todas elas. A proporção de cada substância é indicada numericamente na frente da fórmula de cada constituinte e é denominada coeficiente estequiométrico ou simplesmente coeficiente. Tal coeficiente indica a proporção relativa dos constituintes das substâncias participantes da reação. Quando o coeficiente é 1, ele não precisa ser indicado. Outras convenções também adotadas nas equações químicas são:  indica que a reação ocorre a elevadas temperaturas; F indica que a reação é reversível, ou seja, os produtos reagem entre si srcinando novamente os reagentes. Veja, agora, exemplos de equações químicas e seu significado. Seja a equação: C(s) + O2(g)

(

CO2(g)

Essa equação indica que o carvão, substância simples constituída por átomos do elemento químico carbono, que se encontra no estado sólido, reage com o gás oxigênio, substância simples constituída por moléculas que contêm dois átomos do elemento químico oxigênio, produzindo a substância composta dióxido de carbono, também chamado gás carbônico, constituída por moléculas que contêm um átomo do elemento químico carbono ligado a dois átomos do elemento químico oxigênio. Veja agora esta outra equação: N2(g) + 3H2(g)

F

2NH3(g)

Esta equação indica que o gás nitrogênio, substância simples constituída por moléculas que contêm dois átomos do elemento químico nitrogênio, reage com o gás hidrogênio, substância simples constituída por moléculas que contêm dois átomos do elemento químico hidrogênio, produzindo a substância composta amônia no estado gasoso, constituída por moléculas que contêm um átomo do elemento químico nitrogênio ligado a três átomos do elemento químico hidrogênio. Essa equação indica ainda que, nessa reação, para cada molécula de nitrogênio, são necessárias três moléculas de hidrogênio e são formadas duas moléculas de amônia. Além disso, a equação indica que tanto os reagentes como os produtos dessa reação são gases e que essa reação é reversível, ou seja, o produto amônia transforma-se nos reagentes nitrogênio e hidrogênio. 100

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO. 1

22. Considere o esquema ao lado.

Entre as alternativas abaixo, indique as corretas sobre ele. a) Temos cinco componentes. b) É formado por duas substâncias simples. c) Foram usados apenas dois elementos químicos. d) É um material. e) Temos cinco substâncias simples e duas substâncias compostas.

que é descontinuidade da matéria? 23. Um aluno fez, em sala de aula, uma 24. O(UnB-DF-adaptada)

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

27. Que informações obtemos da fórmula do carbonato de amônio – (NH4)2CO3?

28. Qual é a diferença entre Co e CO? 29. Qual é a diferença entre as representações do item a e as do item b? a) H2 + O2 b) H2O2 30. Escreva sentenças que expliquem o significado de cada equação química a seguir, indicando os reagentes e os produtos: a) 2H2(g) + O 2(g) ( 2H2O(l) b) 2H2O2(l) ( 2H2O(l) + O 2(g) c) 2C2H2(g) + 5O 2(g) ( 4CO2(g) + 2H2O(l)

dissolução, realizando os seguintes procedimentos: 31. Com relação à composição química das substâncias, julgue I – Colocou um grânulo (pequeno grão)de permanganaas afirmações abaixo, considerando C para os corretos e to de potássio (sólido violeta cuja fórmula química é E para os errados. KMnO4) em um primeiro béquer (béquer 1) contendo 1) Ao verificar que a água é representada pela fórmula H 2O, 50 mL de água. é correto concluir que essa se constitui numa mistura de II – Agitou o sistema até que todo o sólido se dissolvesse. hidrogênio e oxigênio. III – Mediu, com uma proveta, 5 mL dessa solução, transfe2) As substâncias representadas pelas fórmulas O2, O3, P4 rindo-os para um segundo béquer (béquer 2). e S8 são substâncias simples. IV – Completou o volume desse segundo béquer com água 3) A nicotina, cuja fórmula é C10H14N2, é um alcaloide exisaté a marca de 50 mL. tente no fumo e tem a sua denominação derivada do V – Agitou o sistema e mediu, com uma proveta, 5 mL da solução, transferindo-os para um terceiro béquer (bénome de Jean Nicot. A fórmula desse alcaloide possui quer 3). 26 átomos e 3 elementos químicos. VI – Completou, com água, o volume desse terceiro béquer, 4) A água oxigenada (H 2O2) e a água (H 2O) são substâncias até a marca de 50 mL. iguais, já que são formadas pelos mesmos elementos O registrou, no caderno de dados, as observações quealuno se seguem.

Béquer

Coloração da solução

1

Violetaintenso

2

Violeta-claro

3

Incolor

5) químicos. O corpo do ser humano, por ser um produ to natural, não possui elementos químicos em sua constituição até que ele comece a ingerir remédios.

32. (UnB-DF) Examine as fórmulas representadas a seguir e julgue os itens abaixo, considerando C para os corretos e E para os errados. P4, S8, Br2, CaBr2, Zn, He

Com base nas informações acima e considerando a natureza corpuscular da matéria, julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Os átomos constituintes do permanganato de potássio não estão presentes no béquer 3, uma vez que a água mudou uma das p ropriedades – cor – daquela substância

1) O número de substâncias simples representadas é dois. 2) O número de substâncias compostas representadas é quatro. 3) O número de substâncias poliatômicas é um. 4) CaBr2 é uma mistura das substâncias Ca e Br2. 5) A fórmula S 8 indica que oito átomos estão ligados formando uma única molécula.

2) (incolor). A análise das observações apresenta indícios de que a 33. (UnB-DF) A investigação química é uma atividade humana que tem grande influência na sociedade. Com matéria é descontínua e formada por partículas. relação a essa atividade e suas características, julgue 3) O experimento realizado pelo aluno demonstra que a os itens a seguir, consideran do C para os corretos e E matéria é formada por átomos sem espaços vazios. para os errados. 25. O constituinte do gás amônia (NH 3) tem quantos átomos? 1) A Alquimia era uma atividade científica da Idade M édia, 26. Quantos átomos e quantos elementos químicos existem no que se caracterizava pelo uso do método científico de constituinte do ácido sulfúrico (H2SO4)? observação, experimentação e generalização. 101

2

3

4

5

6

7

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

2) Os modelos científicos desenvolvidos pelo método científico usado em Química possuem limitações e não explicam todos os fenômenos. 3) Acabar com o problema mundial da fome é uma decisão de competência dos químicos, pois somente eles podem dedicar a maior parte do seu tempo ao desenvolvimento de novas tecnologias que aumentem a produtividade agrícola. 4) Para a preservação da saúde dos indivíduos, deveria ser proibido o uso de produtos químicos nos alimentos. 34. (Osec-SP) Um estudante estava pesquisando um fenômen o e queria seguir corretamente as etapas do método científico. Em qual das sequências abaixo estão c itadas, em ordem correta, porém, não necessariamente consecutiva, quatro etapas que ele teria seguido? a) Observação, experimentação, formulação de leis e criação de teoria. b) Criação de teoria, formulação de leis, experimentação e observação. c) E xperimentação, leva ntamento de hipóteses, criação de teoria e observação. d) Levantamento de hipótese s, organização de dados, observação e formulação de leis. e) Observação, criação de teoria, formulação de leis e organização de dados. 35. (UFSCar-SP) Até 1772 acreditava-se que o fogo era um elemento químico. Foi quando um cientista nascido em 1743 e guilhotinado em 1794, durante a Revolução Francesa, transformou a pesquisa química de aqualitativa em quantitativa, formulando explicitamente Lei da Conservação da Matéria. Este cientista, também conhecido como o pai da Química moderna, é: a) John Dalton. d) Antoine Lavoisier. b) Linus Pauling. e) Niels Bohr. c) Robert Boyle. 36. Cada conjunto de esquemas abaixo representa substâncias de diferentes sistemas. Classifique cada sistema em material ou substância e classifique todas as substâncias em simples ou compostas. A

B

C

37. (UnB-DF) Julgue os itens, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) O ar é um material homogêneo constituído por substâncias simples. 2) Das substâncias álcool, ouro, diamante e acetona, somente o ouro é uma substância simples. 3) Por meio de medidas das temperaturas de fusão e ebulição, é possível fazer a distinção entre substâncias simples e compostas.

38. (UFF-RJ) Considere os seguintes sistemas: ji

I

II

água

III

água+álcool

u Y J.

água+óleo

Os sistemas I, II e III correspondem, respectivamente, a: a) Substância simples, material ho mogêneo, m aterial heterogêneo. b) Substância composta, material heterogêneo, material heterogêneo. c) Substância composta, material homogêneo, material heterogêneo. d) Substância simples, material ho mogêneo, m aterial homogêneo. e) Substância composta, material heterogêneo, material homogêneo.

39. Os químicos utilizam uma linguagem universal para representar elementos e substâncias, definida pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac), sendo assim considere os itens em C para os certos e E para os errados: 1) Alguns elementos químicos podem ser representados por uma ou duas letras, no entanto, a segunda letra tanto pode ser maiúscula quanto minúscula. 2) Algumas substâncias compostas, como a grafite e o diamante, são consideradas alótropos, pois apresentam uma configuração espacial diferente dos seus átomos. 3) A substância H 2O2 (água oxigenada) é constituída por uma mistura homogênea das substâncias simples

D

E

H2 e O2. 4) O sal de cozinha (NaCl) e o açúcar, também conhecido como sacarose (C12H22O11), são substâncias constituídas por mais de um tipo de átomo.

F

5) A equação da reação: etanol + gás oxigênio → gás carbônico + água apresenta como produtos gás oxigênio e água. 102

5 Medidas e modelos

1

k c o str e tt u h /S sa a b a r a B

2

3

A foto mostra o uso de uma balança em laboratório, para medição da massa de só-

4

lidos em um béquer.

A D L N P O Ã Ç A G L U IV D

possibilidade de alterar as estruturas químicas das substâncias permitiu o desenvolvimento e a síntese de uma diversidade de substâncias presentes nas sociedades modernas. Muitas dessas novas substâncias têm provocado mudanças significativas no equilíbrio de nosso planeta. Compreender esse equilíbrio e suas mudanças é fundamental para que possamos pensar em modelos de desenvolvimento, que preservem a vida em nossa delicada residência terrestre. Para essa compreensão, é fundamental que saibamos a química dessas mudanças: quais as substâncias envolvidas, suas propriedades e transformações. A compreensão da química dessas mudanças só é possível a partir da compreensão da estrutura básica da matéria. Ou seja, a compreensão do átomo. O estudo deste capítulo visa consolidar o entendimento desse conceito. Se o átomo não pode ser visualizado por instrumentos ópticos, que fatos nos levam a acreditar em sua existência?

PARE E PENSE

O que você entende por grandeza? O que é e o que não é passível de medição? As medidas são confiáveis? Como podemos saber quanto representa a distância de 100 milhas, se a unidade que utilizamos é o quilômetro? O que você entende por modelo científico e teoria?

5

6

7

Neste capítulo procuraremos responder essa questão. Para apresentar os fatos que levaram os cientistas a crerem na existência de átomos, vamos desenvolver estudos que fornecem a base experimental para a consolidação desse modelo. Acreditamos nos modelos que conseguem explicar, de modo satisfatório, os fenômenos investigados. O comportamento dos gases e a ocorrência de reações químicas são fenômenos largamente analisados pelos químicos e podem ser explicados por modelos que consideram a matéria constituída por partículas, as quais denominamos átomos. Muitos desses estudos foram feitos por meio de medidas precisas, relativas ao comportamento dos gases e à ocorrência de reações químicas. Inicialmente, vamos considerar alguns pontos sobre o estudo das medidas. Depois, sobre medidas que permitem o estudo do comportamento dos gases, e, ao final, vamos analisar medidas relacionadas à ocorrência de reações químicas. Durante esses estudos sobre os gases e as reações químicas, veremos como o modelo para a constituição da matéria de átomo, idealizado por Dalton, consegue explicar, satisfatoriamente, os resultados encontrados. Ainda que incertos – até porque se baseiam em medidas também incertas –, esses modelos continuam sendo fundamentais para a Química. Vejamos, a seguir, um pouco mais sobre medidas e suas grandezas e, depois, o que entendemos por modelos eteorias.

Grandeza Medidas são, sem dúvida, fundamentais em nossa sociedade. Elas estão presentes desde as civilizações préhistóricas e, atualmente, são a base das atividades comerciais, dos processos tecnológicos e uma das ferramentas principais para a elaboração de modelos científicos. Fazemos uso de medidas em calçados, roupas, nos medicamentos, preparo de alimentos, produtos de beleza e de limpeza, tempo de nossas atividades etc. Nesses processos, efetuamos medidas de comprimento, volume, massa, tempo, entre outras. Tudo isso que podemos medir é chamado grandeza. Vale lembrar, no entanto, que nem tudo pode ser medido. Até há quem estabeleça padrões de medida para o grau de satisfação das pessoas, mas essa está relacionada aos sentimentos pessoais, impossíveis de medição. Para muitos, a felicidade está relacionada ao bem-estar em relação às 103

ia c n ê i c e a ic ím u Q

PARE E PENSE

Onde é mais comum as pessoas desperdiçarem maiores quantidades de comida, em restaurantes pagos por quilo ou naquelesself-services, com preço único? Por quê?

3 O L U ÍT P A C

tti u m e D yl e H

O hábito de colocar no prato só o que se vai comer pode ser estimulado pelo uso da balança. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

s e g a Im tyt e G / P F A

O cilindro-padrão de massa é uma liga de platina (90% Pt e 10% Ir) e está guardado na França. Uma pessoa que pesa 65 kg é 65 vezes mais pesada do que esse cilindro.

pessoas com quem convivem. Para outros, a felicidade depende da posse de bens materiais. O que traz felicidade para alguns é motivo de tristeza para outros. Os sentimentos não são grandezas, pois não são categorias mensuráveis. Assim, dizemos que:

Grandeza é um atributo (característica) de algo do universo físico que pode ser medido de alguma forma. Toda grandeza é representada por um número seguido de uma unidade de medida. O número representa quantas vezes essa grandeza é diferente do padrão de medida utilizado. Um frasco de perfume de 200 mL tem um volume de perfume duzentas vezes maior que o mililitro, ou cinco 000/200) (1 vezes menor do que otro. li Procuramos sempre utilizar as grandezas que são mais convenientes para o que se deseja medir. Os líquidos, por exemplo, são medidos por seus volumes, embora também possam ser medidos por suas massas. Podemos utilizar diferentes unidades de medida para uma mesma grandeza. Para o comprimento, por exemplo, é possível usar o metro, a polegada, a légua etc. Antigamente, as unidades de medidas eram imprecisas porque se baseavam no corpo humano: palmo, pé, polegada, braça, côvado. Isso causava muitos problemas, em razão das diferenças físicas entre as pessoas, e tornava as unidades de medida pouco confiáveis. A necessidade de converter uma medida em outra era tão importante quanto a necessidade de converter uma moeda em outra. Era comum que a casa da moeda de cada país, como a do Brasil, também cuidasse de um sistema de medidas próprio. Atualmente, define-semetro como o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempode 1/299 792 458 de segundos. Para padronizar medidas e facilitar comércio mercadorias entre diferentes povos, emas1789 aAcademia de oCiência da de França criou o Sistema Métrico Decimal (inicialmente com três unidades básicas: o metro, o litro e o quilograma), oficializado em 1960 como Sistema Internacional de Unidades, identificado pela sigla SI. O Sistema Internacional de Unidades utiliza as seguintes sete grandezas de base, com as suas respectivas unidades: Grandeza

Unidade

Comprimento metro Massa quilograma Tempo segundo Correnteelétrica ampère Temperaturatermodinâmica kelvin Quantidadedematéria mol Intensidade luminosa candela

Plural

metros quilogramas segundos ampères kelvins mols candelas

Sí m b o l o

m kg s A K mol cd

A grandeza quantidade de matéria é uma grandeza utilizada pelos químicos para quantificar a quantidade de constituintes da matéria. Essa grandeza tem como unidade mol, o qual se refere à quantidade de entidades existentes em 12 gramas de átomos de carbono-12, conforme veremos no capítulo 6. Além das unidades de base e outras derivadas, o SI adota ambém t prefixos que são usados como múltiplos e submúltiplos para as unidades, conforme o quadro a seguir. 104

No me

Símbolo

Fator de multiplicação da unidade

tera giga mega

T G M

1012 = 1 000 000 000 000 109 = 1 000 000 000 106 = 1 000 000

quilo hecto deca deci centi

k h da d c

000 10³ 1= 100 10² = 101 = 10 10 –1 = 0,1 10 –2 = 0,01

1

2 it t u m e D ly e H

3

4

–3

mili micro nano

m µ n

10 = 0,001 10 –6 = 0,000 001 10 –9 = 0,000 000 001

pico

p

10 –12 = 0,000 000 000 001

Fonte: Inmetro. Disponível em: . Acesso em: 17 mar. 2016. (Adaptado)

5

Medidores caseiros não são precisos para comercialização nem para estudos científicos. 6

Erros nas medidas D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Existem três possíveis fontes de erro quando se trata de medidas: o próprio instrumento, o método e o observador. Por mais preciso que seja um instrumento, ele sempre vai apresentar uma medida próxima do real, mas nunca com total exatidão. A precisão de um instrumento é sua fidelidade às próprias medições. Por exemplo, se, numa primeira medição, uma balança mostra que determinado objeto pesa 100 g, ela deverá apresentar valores muito próximos a esse em todas as demais medições do mesmo objeto. Se, numa segunda medição, a balança registrar 115 g e, numa terceira, 95 g, significa que ela não é precisa. A exatidão de um instrumento está relacionada à capacidade de medir um valor o mais próximo possível do real. Uma balança pode ser muito precisa, mas não ser exata. Ela pode, por exemplo, fornecer sempre um valor de 115 g para um objeto de 100 g.

Construção do Conhecimento 1. Compare o desempenho dos dois casos de arremesso dos dardos. Qual dos dois acertou a meta esperada: o mais preciso ou o mais exato?

2. Considerando que a qualquer medição está associado um erro e que muitas leis e teorias científicas são elaboradas com base em resultados de medidas, o que você pode dizer sobre a confiabilidade das teorias científicas?

it t u m e D yl e H :s to Fo

A pessoa que atirou os dardos neste caso teve uma exatidão maior do que a outra, pois estão mais próximos do alvo. No entanto, ela não foi precisa como a primeira, pois os dardos ficaram mais distantes uns dos outros.

A pessoa que atirou os dardos foi muito precisa , pois eles atingiram praticamente o mesmo ponto, estando muito próximos uns dos outros. Note, porém, que ela não foi exata.

105

7

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

Existem diferentes métodos para fazer uma medição. Alguns são mais precisos, outros são menos precisos. Me smo os mais sofisticados sempre apresentarão alguma imprecisão. Outra possível fonte de erro nas medidas está associada ao próprio pesquisador. Um iniciante na prática de leitura de volumes de líquidos, certamente, cometerá erros que um técnico mais experiente não cometeria. Porém, mesmo o “olho clínico” do técnico está sujeito a erros. O desenvolvimento da Ciência depende da construção de aparelhos cada vez mais precisos. Lavoisier elaborou a Lei de Conservação da Massa, com o aperfeiçoamento das balanças. Os dados, então obtidos em suas pesquisas, demonstravam que, na natureza, havia conservação de massa,e que esta se mantinha constante. Atualmente, medidas mais precisas demonstram, porém, que em explosões atômicas a massa não se conserva e transforma-se em energia.

balão volumétrico

pipeta

it t u m e D ly e H :s to o F

it t u

O béquer, por ser um recipiente largo, é muito menos preciso do que as pipetas e os balões volumétricos, que são estreitos e identificam, com facilidade, a variação de pequenas gotas no volume do recipiente.

m e D ly e H

béquer

A precisão de uma medidadepende da leitura criteriosa do instrumento utilizado. pera

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

A tabela periódica,que veremos no próximo capítulo 5, por sua vez, foi elaborada com base em uma lei que relacionava as propriedades das substâncias simples à sua massa molar. Apesar do papel decisivo que essa lei teve na organização do conhecimento de Química, ela apresentava “furos”: as medidas de massa de algumas substâncias apresentavam grandes erros.Esses fatos históricos nosmostram que todo conhecimento revela limitações. Sabemos que quanto maior a precisão das medidas, mais confiança poderemos ter nos resultados. Mesmo assim, os resultados e as leis geradas por eles jamais serão verdades incontestáveis:outros modelos e teorias sempre poderão superá-los.

A conversão de unidades de medidas Um padrão de medida carrega a história e a cultura do povo que o criou. Por isso, mesmo com a oficialização do Sistema Internacional de Unidades (SI), alguns padrões tradicionais resistem. É o caso da milha, padrão de medida de distância ainda usado por ingleses e norte-americanos. Como todas as medidas são relacionadas aos padrões, sempre existirá uma relação entre os diferentes padrões de medida de cada grandeza. Confira no quadro a seguir.

PARE E PENSE

Como podemos saber quanto representa a distância de 100 milhas se a unidade que utilizamos é o quilômetro?

ALGUMAS UNIDADES DE MEDIDA PARA AS GRANDEZAS MASSA E COMPRIMENTO E SUAS RELAÇÕES COM O SI G r an d ez a Unidade Símbolo Relaçãocomaunidade 1 · 10–10 m angström Å 2,54 · 10 –2 m polegada in(’) 1609,344 m Comprimento milha mi 6600 m légua légua 0,3048 m pé ft 2,8691 · 10–2 kg onça oz 1,647 · 10–27 kg dálton dálton Massa 4,53592 · 10–1 kg libra lb 14,688 kg arroba arroba Fonte: ROCHA F o, R. C.; SILVA, R. R. da. Introdução aos cálculos da Química . São Paulo: Mc Graw Hill/Makron Books, 1992.

Quando fazemos operações envolvendo diferentes grandezas, é preciso que todas as unidades de medidas sejam compatíveis. Essa padronização requer, muitas vezes, a realização de cálculos de conversão. O método usual de conversão de unidades é a regra de três simples, mas existeainda outro, chamado análise dimensional. Vamosaprender a trabalhar com esse método diferente do convencional. 106

O método de análise dimensional

1

A análise dimensional baseia-se na conversão sucessiva das unidades até a obtenção do resultado esperado. Isso é feito por meio de fatores de conversão, que são igualdades srcinadas de relações entre duas unidades. Por exemplo, sabe-se que 1 h = 60 min. Se dividirmos essa igualdade nos dois lados por 1 h, teremos:

2

60 min 1h 60 min =  1= 1h 1h 1h

Logo, o quociente (60 min/1 h) é uma identidade, pois o seu valor corresponde a um (sem unidade de medida). Assim, tal quociente corresponde a um fator de conversão: converte a unidade hora na unidade minuto. Para a conversão, basta multiplicar a unidade que se deseja converter pelo fator de conversão apropriado. Vamos ver alguns exemplos de conversão de unidades por análise dimensional.

1.

A quantos segundos correspondem 45 minutos?

60 s 60 s 60 s 1 min = 1 min  1 = 1 min  t = 45 min · 1 min = 2 700 s 1 min

Observe que a unidade minuto é cancelada por apresentar-se no numerador e no denominador. Dessa forma, resta apenas a unidade segundo (s), conforme solicitado. 2.

Quantos minutos existem em 3 dias? Comecemos encontrando o fator de conversão. A unidade a ser transformada é o dia. Esta deverá aparecer no lado esquerdo da igualdade e, depois, do outro lado, a unidade minuto, que é a que desejamos. Observe que, nesse caso, precisaremos de dois fatores de conversão, a partir das relações: 1 dia = 24 h

e

1 h = 60 min

Para encontraros fatores de conversão,temos de dividir asigualdades, deforma que o valor do primeiro membro da igualdade seja igual a um. Teremos então: 1 dia 24 h 24 h 1h 60 min 60 min 1= 1= = e = 1 dia 1 dia 1 dia 1h 1h 1h

O primeiro fator de conversão (24 h/1 dia) será usado para converter o dia em horas e o segundo, para converter a hora em minutos. A grandeza a ser determinada é o tempo. Então: t = 3 dias 

4

5

Comecemos identificando o fator de conversão, estabelecendo arelação entre as unidades envolvidas no exercício. Coloque no lado esquerdo da igualdade a unidade que irá ser transformada – nesse caso, minutos – e no lado direito a unidade que se deseja – ou seja, segundos, pois 1 min = 60 s. Divida a relação por um valor que apresente como resultado do primeiro termo da igualdade o valor unitário. No caso, divida os dois termos da igualdade acima por 1 min. O fator de conversão será 60 s/min. Para resolver o problema, basta multiplicar o valor que se deseja transformar pelo fatorde conversão. A grandeza a serdeterminada é o tempo, cujo símbolo é a letra t. Então: D L N P O Ã Ç A G L U IV D

3

24 h  60 min = 4 320 min 1 dia 1h

Modelos científicos

Desde os primórdios da humanidade há uma busca para se entender o Universo. Questões a respeito da existência humana, por um lado, deram srcem à Filosofia e ainda são analisadas pelos filósofos. Por outro lado, questões acerca da srcem, do funcionamento e da organização do Universo passaram a ser objeto de estudo da Ciência. Na tentativa de explicar o mundo que nos rodeia, os cientistas elaboraram modelos. O uso deles permite compreender processos químicos envolvidos em diversos problemas ambientais provocados pela ação humana. Antes de estudar os modelos usados na Química, vamos entender o que vem a ser um modelo científico. Para isso, comecemos realizando uma atividade. 107

6

7

ia c n ê i c e a ic ím u Q

Construção do Conhecimento Essa atividade deve ser feita em grupo na própria sala de aula. Cada equipe deverá montar um kit com uma caixa de papelão, pequena ou média (pode ser uma c aixa de sapato), e três objetos diferentes, que só devem ser conhecidos pelos com ponentes do grupo. Esses objetos podem ser uma esfera, um dado, uma borracha ou outro qualquer. Os objetos devem ser colocados dentro da caixa, a qual deverá ser bem lacrada e, se possível, embrulhada com outro papel. A atividade consiste em analisar as caixas dos outros grupos e tentar descobrir o que há dentro delas sem, é claro, abri-las. Para isso, vamos procurar descrever possíveis propriedades dos objetos contidos nas caixas, como: dureza, textura da superfície, tipos de material, propriedades magnéticas, densidades, formas, tamanhos etc.

3 O L U ÍT P A C

1. Construa, no caderno, um quadro como o apresentado abaixo e complete-o. PROPRIED ADES DOS OBJETOS CONTIDOS NAS CAIXA S

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Número da caixa

Objeto

Caixa1

1

Características que possibilitam identificar propriedades do objeto

Objetopesadoquerola

Propriedades do objeto

Objetosólido,liso,esférico...

zzzzz

2

zzzzzzzzzzzzzzzzzz

zzzzzzzzz

zzzzz

3

zzzzzzzzzzzzzzzzzz

zzzzzzzzz

zzzzzzzzzzzzzzzzzz

zzzzzzzzz

Caixa2

1

2. Com base nas propriedades observadas, faça um desenho (modelo representativo) que melhor represente os objetos que você identificou em cada caixa.

elaborado um modelo paraelas. os objetos de uma caixa, troque de caixa com outro grupo e proceda à nova aná3. Depois lise, atédeque sejam analisadas todas Depois de observadas todas as caixas, debatam as conclusões de cada grupo a respeito dos objetos e vejam o que há 4.

em comum, confrontando os modelos propostos para os objetos de cada caixa, discutindo os critérios que levaram à elaboração. Proponham, quando possível, um modelo comum. 5. Solicitem ao(à) professor(a) que abra as caixas e confiram o que tem em cada uma. 6. Os modelos elaborados correspondem às cara cterísticas reais dos objetos? Por quê? tit u m e D yl e H

Como foi possível observar, os modelos não correspondem à forma real dos objetos. Eles se aproximam dela à medida que são aperfeiçoados. Mas como reconhecemos se um modelo está próximo da realidade? No caso desse experimento, é possível abrir a caixa e comparar o que há dentro com o modelo proposto. Em muitos casos com os quais as Ciências trabalham, o objeto de estudo está em “caixas” que não podem ser abertas. O estudo da constituição da matéria pa ra a Ciência é como a ativida de

que acabamos de realizar, ou seja,imaginam os cientistas observam, estudam, levantam hipóteses para explicar, e realizam experimentos. Depois, analisam dados e testam se as suas hipóteses são plausíveis e estão de acordo com o esperado. Se estiverem, então eles passam a ter evidências de que aquela hipótese, inicialmente levantada, pode estar correta. Sendo aceita pela comunidade científica, essa hipótese se transforma em uma A análise de espectros das substâncias nova teoria científica. Algumas vezes, há mais de uma teoria que consegue explicar o objeto de pelos químicos permite a elaboração de modelos explicativos sobre a sua composição. estudo e que foi testada experimentalmente ou aceita por evidências teóricas. 108

As teorias são, na verdade, modelos explicativos, como os elaborados para os objetos dentro das caixas. Sendo teorias ou modelos, elesvão corresponder, em maior ou menor grau, à realidade. Algumas teorias não podem ser testadas experimentalmente, mas muitas vezes são aceitas pelasua consistência teórica. Em 1915, época em que Albert Einstein começou a estudar as galáxias (sistemas cósmicos que contêm bilhões de astros), apenas a Via Láctea era conhecida. Mesmo assim, ele trabalhou com equações que indicavam a existência de outras galáxias, que só puderam ser evidenciadas dez anos mais tarde. É nesse imaginário mundo das teorias elaboradas pelos cientistas que vamos iniciar neste capítulo, buscando compreender diferentes modelos, que foram Você não conseguiria saber o sexo dobebê, propostos ao longo de nossa História e que serão estudados nesta obra, para antes do nascimento, sem aecografia. explicar o mundo invisível da matéria.

k c o st n ti a /yL r a r b iL to o h P e c n ie c S s/ e g a im o st u G

1

2

3

4

6 Grandezas do estado gasoso 5

ck o srt e tt u h /sS W n e h C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

6

7

Grupo de mecânicos de uma equipe de Fórmula 1 precisa manter os pneus caanto para o estudo do comportamento dos gases, que permite a compreensão do modelo atômico, quanto para o estudo dos problemas librados e fazer a troca destes em tempo relacionados à poluição atmosférica, precisamos entender o comportamento dos muito curto. gases. Para esse estudo será necessário trabalhar com três grandezas: pressão, volume e temperatura. São essas grandezas que caracterizam o estado gasoso. PARE E PENSE Vamos agora rever alguns conceitos relacionados a elas.

T

Pressão

O que é pressão atmosférica? Por que a pressão atmosférica vaO físico e matemático italiano Evangelista Torricelli [1608-1647] sugeriu ria com a altitude? que a atmosfera, constituída por gases em constante movimento, é capaz de exercer pressão sobre a superfície terrestre. Para medi-la, ele inventou um instrumento chamadobarômetro. A foto mostra uma O barômetro de Torricelli consiste em um longo tubo de vidro com mercúrio reconstrução do barô(Hg) dentro de uma bacia cheia domesmo metal (que é líquido emtemperatura metro de Torricelli. ambiente), de tal modo que uma extremidade do tubo fica emborcada na bacia e a outra, fechada. A tendência é que o líquido escoe para abacia. Todavia, existe uma pressão do ar sobre o líquido que está na bacia, ou seja, as moléculas do ar exercem Da

vi

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k

uma força escoe sobre para a áreaa do líquido. Essapressão pressãodiminuir, impedemaior que todo o mercúrio da coluna bacia. Se essa quantidade de mercúrio vai escoar. Portanto, quanto menor a pressão do arsobre a superfície Evangelista Torricelli, o do líquido encontrado na bacia, mais o mercúrio escoa e, conseque ntemente, inventor do barômetro. menor será a coluna de mercúrio no tubo. Por outro lado, quanto maior a pressão exercida pelo ar, menos líquido vai escorrer e maior será a coluna de mercúrio. Na época da sua invenção, o barômetro foi considerado uma descoberta de excepcional importância para a Ciência: com ele é possível fazer previsões S

109

n e ci

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b

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m

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

de um dos fatores das condições climáticas - a pressão. Mais tarde, baseado no princípio do barômetro, seria desenvolvido o manômetro, que serve para medir a pressão de gases e líquidos. Além do manômetro de mercúrio, existem diferentes mecanismos utilizados para o mesmo fim e que recebem o mesmo nome. Um tipo particular de manômetro, denominado esfigmomanômetro, é utilizado para medir a nossa pressão arterial. A pressão é uma grandeza física que expressa a força exercida sobre um corpo por unidade de área. No caso dos gases, pressão é o resultado da força exercida em conjunto por suas partículas sobre a área dorecipiente que as contém. Fisicamente, a pressão (P) é definida pela relação entre as grandezas força (F) e área (A), sendo expressa pela equação:

A pressão atmosférica varia em função de uma série de fatores, como a movimentação do ar (correntes de massas gasosas), a altitude.altitudes, Assim, por exemplo, quanto maioraasuperfície quantidade de ar que estámenor sobre um líquido, maior seráa atemperatura pressão. Eme elevadas a quantidade de ar sobre terrestre é bem do que ao nível do mar e, por isso, na serra a pressão é menor do que na praia. Uma vez que a pressão atmosférica varia de acordo com a altitude, definiu-se, inicialmente, como unidade de medida de pressão a atmosfera (atm), a qual corresponde à pressão que equilibra uma coluna de mercúrio de 760 mm de altura a 0 °C e a 0 m de altitude (a referência é o nível do mar). Essa unidade de medida corresponde no SI a 101 325 pascals (Pa).

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

H

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s n e g a m I li s a r B o ã ç p /O o g ri a M io d u a l C iz Lu

i

it t u m e D yl e H

Esfigmomanômetro Barômetro Manômetro Diferentes aparelhos permitem a medida de pressão. Oesfigmomanômetro mede a pressão arterial; boarômetro, um tipo de manômetro, a pressão atmosférica; e outrosmanômetros, como o da foto da direita acima, medem a pressão de líquidos ou gases em sistemas fechados.

UNIDADES DE MEDIDA DA GRANDEZ A PRESSÃO Unidade de Relação da unidade Grandeza Símbolo da unidade medida com o SI pascal(SI) Pa milímetro 760 mm de Hg = Pressão mmHg de mercúrio 101 325 Pa (P) atmosfera atm 1atm=101325Pa

Com os dados do quadro acima podemos fazer algumas conversões de unidade de pressão. Vejamos um exemplo: Na cidade de Brasília, a uma altitude de 1 200 metros, um boletim meteorológico anunciou uma pressão atmosférica de 99 602 Pa. Qual é a pressão em milímetros de mercúrio? Usando o fator de conversão, estabeleça a relação entre unidades começando pela fornecida. Teremos: 101 325 Pa = 760 mmHg 101 325 Pa 101 325 Pa

=

760 mmHg 101 325 Pa

1=

760 mmHg 101 325 Pa

Então, P = 99 602 Pa · 760 mmHg = 747 mmHg. 101 325 Pa 110

atmosfera

atmosfera

mercúrio ji u Y .J

A pressão do ar sobre o líquido na bacia impede que o mercúrio da coluna escoe.

PARE E PENSE

Como funciona o barômetro de Torricelli? Por que a coluna de mercúrio (Hg) não escoa totalmente para o recipiente de baixo?

Volume

1

O volume é uma grandeza que mede o espaço ocupado por um determinado corpo. O cálculo do volume para objetos regulares, como um cuboum e cilindro, é dado por área · altura. No caso: V (cubo) = A · h

e

2

2

V (cilindro) =  · r · h

A unidade de medida no SI da grandeza volume é o metro cúbico (m 3). O quadro a seguir apresenta outras unidades utilizadas para medir volume. Apesar de a unidade de volume do SI ser o metro cúbico, os químicos usam, na maioria das vezes, as unidades litro (L) e mililitro (mL), pois o metro cúbico (equivalente a 1 000 L) é uma quantidade muito grande para se trabalhar. ij u Y .J

A ji u Y J.

3

4

 · r2

h

5

h

6

V (cubo) = A · h D L N P O Ã Ç A G L U IV D

V (cilindro) =  · r · h 2

UNIDADES DE MEDIDA MAIS UTILIZADAS PARA A GRANDEZA VOLUME Grandeza

Unidade de medida

metrocúbico(SI)

Símbolo da unidade

m

litro

Volume (V)

Relação da unidade com o SI

3

L

galão(EUA)

7

10 = L 1

galão

–3

m3 (1 mL = 1 cm 3)

1galão=3,785·10

–3

m3

Temperatura A Temperatura é definida, de forma simplificada, como a quantidade de calor de um material, substância ou corpo, assunto este que será estudado com mais profundidade no volume 2 desta coleção. A quantidade de calor, no caso, está relacionada ao grau de agitação das partículas. Assim como acontece com outras grandezas, existem várias unidades de medidas de temperatura. As escalas mais usadas são apresentadas no quadro a seguir. UNIDADES DE MEDIDA MAIS UTILIZADAS PARA A GRANDEZA TEMPERATURA Grandeza

Temperatura

Unidade de medida

T t θ

Kelvin (SI) GrauCelsius GrauFahrenheit

Símbolo da unidade

K °C

Relação da unidade com o SI*

T/K=(t/°C)+273,15

°F

T/K=[(

θ/°F – 32)/1,8] + 273,15

A conversão da escala de temperatura Fahrenheit ( θ) para a temperatura Celsius (°C) é: t/°C = ( θ/°F – 32)/1,8.

*No Brasil, a escala comumente utilizada é a Celsius (°C). Ela é baseada nas temperaturas de fusão e de ebulição da água. A primeira recebe valor arbitrário igual a zero (temperatura de fusão da água = 0 °C) e a segunda, valor igual a cem (temperatura de ebulição da água = 100 °C). 111

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

Ev

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H/ HC yS en

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k

O termômetro é importante para conferir a temperatura sempre que existirem sintomas de doenças que provocam febre. O termômetro de mercúrio ainda é o mais usado entre nós.

D L N P O Ã O termômetro digital nos Ç A permite ler o valor da temperaG L tura corporal na tela. U IV D Wisanu Boonrawd/Shutterstock

Nos Estados Unidos e na Europa, utiliza-se a escala Fahrenheit (°F), que é definida de forma similar à escala Celsius, com a diferença de que foi convencionado 32 °F como temperatura de fusão da água e 212 °F como temperatura de ebulição. O zero dessa escala corresponde à temperatura de fusão de uma mistura de água, gelo picado, cloreto de sódio e amônia. A variação de 1 °C equivale à variação de 1,8 °F. A escala oficial de temperatura do Sistema Internacional de Unidades é a termodinâmica , também denominada temperatur a termodinâmica . O significado dessa escala será discutido mais adiante neste capítulo. Ela é similar à escala Celsius, com a diferença de que a temperatura de fusão da água é 273,15 K, e a de ebulição é 373,15 K. Quando há variação de 1 °C, também há variação de 1 K. Com base nos dados do quadro anterior, podemos fazer algumas conversões de unidade de temperatura. Vejamos os exemplos a seguir. a) Em um hospital europeu, foi constatado que uma pessoa estava com temperatura igual a 104 graus Fahrenheit. Essa pessoa está com febre ou não? Considerandoa relação entre unidades: t/°C = ( θ/°F – 32)/1,8, teremos: t (104 °F / °F – 32) = = 40  t = 40 °C °C 1,8 Logo, a pessoa está com febre. Observe que as unidades °C e °F estão presentes no fator de conversão, de forma que na resolução se obtenha a unidade correta. b) Num dia muito quente de verão, os termômetros estavam marcando 41 °C. Qual será a temperatura no SI? Considerando a relação entre unidades: T/K = (t/°C) + 273,15 T 41 °C K = °C + 273,15 = 314,15 T = 314,15 K c) Converta 110 °F em temperatura na escala Kelvin. Considerandoa relação entre unidades: T/K = [(t/°F – 32) /1,8] + 273,15, teremos: T (110 °F / °F – 32) = + 273,15 = 314,15 T = 316,48 K K 1,8

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

40. Por que medidores de cozinha não poderiam ser usados em um laboratório de análises científicas?

41. Em um experimento científico, é recomendável que todas as medidas de uma grandeza sejam feitas pela mesma pessoa. Justifique. 42. Qual é a diferença entre precisão e exatidão?

43. Na atividade de construção do conhecimento da página (108), foram analisadas várias caixas com diferentes objetos, dos quais foram elaborados modelos sobre o que existia dentro. Qual a diferença do modelo que você elaborou para um modelo científico? 112

44. Sabemos que a Terra é bastante antiga e muitos dos animais e vegetais existentes nos primórdios do planeta já não existem mais. Porém, é comum vermos em desenhos, filmes e alguns parques modelos de dinossauros que apresentam riquezas de detalhes. Exp lique, com suas palavras, como os cientistas chegaram a esses modelos tão perfeitos.

45. Por que todas as grandezas devem ser seguidas de uma nuidade? 46. Sabendo que a densidade do chantili é muito menor do que a do creme de leite, explique por que o primeiro é vendido em unidade de volume e o segundo em unidade de massa.

47. Embora tenha sido pioneiro na adoção do sistema métrico, o Brasil ainda hoje convive com mais de um sistema de unidades. Por exemplo, no comércio compramos ferro na unidade barra e tinta na unidade galão, e na lavoura os agricultores usam unidades como arroba e saca. Por que ainda são usados esses diferentes sistemas de unidade? Utilizando as relações indicadas nos quadros das páginas 106, resolva os exercícios a seguir. 48. De quantos minutos é constituído um ano? 49. Converta os valores de comprimento das medidas a seguir na unidade de base do SI:

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

a) c) 3,5 48 pés. b) 6,8 75,3Å.polegadas. d) léguas. 50. Converta os valores de massa das medidas a seguir na unidade de base do SI: a) 750 libras. b) 8 235 ⋅ 109 dáltons. 51. Em um filme, um guarda de trânsito para um motorista que dirigia a 70 milhas/h. Esse motorista seria multado por excesso de velocidade em uma rodovia no Brasil cuja velocidade máxima é 110 km/h? 52. A pressão atmosférica medida em uma cidade foi de 912 mmHg. Calcule o valor dessa pressão em: a) Atmosferas (atm). b) Pascals (Pa). Onde a pressão atmosférica é maior: em Brasília (a aproxi53. madamente 1 050 m de altitude) ou no Rio de Janeiro (ao nível do mar)? Justifique. Qual é a erelação existente entre a altura da coluna de 54. mercúrio a pressão atmosférica? 55. O balão meteorológico, conhecido como balão-sonda, é munido de aparelhagem para observar as condições do tempo. Ele tem 21 700 L de gás. Converta seu volume em metros cúbicos. 56. A pressão atmosférica varia em função de uma série de fatores, como a movimentação do ar (correntes de massas gasosas), a temperatura e a altitude. No gráfico abaixo, estão relacionadas a altitude de algumas cidades e sua respectiva pressão atmosférica. Com base nessas informações responda:

a) Em qual cidade a pressão atmosférica corresponde a 0,99 atm?

b) Qual a relação entre a altitude e a pressão atmosférica? c) A pressão atmosférica é menor em qual cidade? de termodinâmica proposta por Kelvin?

3

58. Dois enfermeiros aferiram a temperatura de diferentes pacientes e preencheram as fichas anotando os seguintes valores, sem unidade: 311,15 e 96,8.

a) Qual a unidade d e medida que cada enfermeiro utilizou? b) Com base nesses valores, qual a temperatura de cada paciente na escala Celsius?

600

a) 25 °F.

b) 135 °F.

c) 270 K.

d) 350 K.

170 120 100 0 0

absoluta (K): a) 37 °C. b) –25 °C.

c) 100 °F. d) 15 °F.

61. Leia o texto a seguir: “Nova York registrou nesta quinta-feira um recorde de calor histórico para um 24 de dezembro, com uma temperatura de 71,96 °F na véspera de Natal e em pleno inverno. O recordo precedente foi de 62,96 °F em 1996. O último inverno em Nova York foi um dos mais duros dos últimos tempos, com nevascas constantes e temperaturas abaixo de 273,15 K durante muitos dias.” Disponível em: . Acesso em 17 de mar. 2016.

O texto acima mostra como usar diferentes escalas para medir a temperaturas pode gerar dúvidas. Sendo assim, transforme todas as temperaturas para a escala Celsius.

62. O tungstênio é um metal que possui diversas aplicações.

tungstênio representados nas escalas Kelvin e Fahrenheit são, respectivamente: a) 3 275,15 K e 6 111,6 °F. b) 3 695,15 K e 6 191,6 °F. c) 3 422,75 K e 4 591,15 °F. d) 3 695,15 K e 5 692,9 °F. e) 6 191,6 K e 3 695,15 °F.

1I

2 3

4II5

6

8III 9 1IV0 Altitude(km)

I – Campinas – São Paulo – altitude 640 m II – La Paz – Bolívia – altitude 3 650 m III – Aconcágua – Argentina – Pico mais alto da América do Sul IV – Everest – montanha mais alta do mundo – fronteira entre Nepal e o Tibete – altitude 8 850 m

113

5

6

60. Converta as temperaturas abaixo em temperatura

480 300

4

59. Converta as temperaturas abaixo em graus Celsius:

tos de lâmpadas incandescentes. Essa aplicação é possível graças ao seu elevado ponto de fusão (3 422 °C) e capacidade de formar fios muito finos. Os pontos de fusão do

760

2

57. Qual é a referência do ponto zero na escala de temperatura

Uma das mais importantes é a participação em filamen-

Pressão atmosférica (mm Hg)

1

7

ia c n ê i c e a ic ím u Q

7 Propriedades dos gases k c o t rs e tt u h S /r e ll e s p o t

3 O L U ÍT P A C

O movimento dos balões está relacionado às propriedades dos gases .

PARE E PENSE

Por que os gases sofrem difusão? Por que o volume de um gás se altera quando aumentamos ou diminuímos a temperatura?

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

s n e g a m I r a sl u /P ro a u R le A

V

ocê sabia que a atmosfera da Antártida sofre um processo de degradação, embora praticamente não haja atividade humana nolocal? É que as moléculas dos gases estão em constante movimento e dispersam-se por toda a atmosfera. A dispersão atenua os efeitos de alguns gases tóxicos em determinadas regiões, mas não elimina o problema e se globaliza. É por esse motivo, que o acidente nuclear de Chernobyl contaminou vários países da Europa. É por isso também que o fenômeno de chuvas ácidas, provocado pela produção de gases de enxofre em usinas termelétricas no Sul do Brasil, afeta o Paraguai. Portanto, uma propriedade básica dos gases, como a dispersão, é um dos motivos que tornam um problema de caráter mundial, envolvendo aspectosa poluição políticos atmosférica e econômicos. Para buscar soluções para tais problemas, é preciso compreender bem as propriedades dos gases. Por isso, vamos estudá-las. Com base na observação de vários fenômenos, elaboraremos um modelo científico, ou seja, uma representação do mundo real, que nos permitirá compreender o comportamento dos gases e, de forma geral, da matéria.

Gases de enxofre produzidos pelas usinas termelétricas no Sul do Brasil são responsáveis pela chuva ácida que atinge o Paraguai. Usina termelétrica a gás de Araucária (PR), 2008.

Por causa da dispersão dos gases, até a atmosfera da Antártida está em processo de degradação. Via de Leverett Glacier, na Antártida, 2009.

n o ti a d n u o F e c n e ic S l a n o ti a N r/ u h T l u a P

114

Compressibilidade dos gases

1

Vamos começar este estudo desenvolvendo o experimento a seguir. 2

Consulte as normas de segurança no laboratório, na última página deste livro.

Atividade Experimental

3

Teste do êmbolo: ele se move sozinho?

Este experimento pode ser feito individualmente ou em grupo, na própria sala de aula ou em sua casa, ou de forma demonstrativa pelo seu professor.

it t u m e D ly e H

4

Materiais

Duas seringas de 10 mL Lamparina

5

Procedimento

1. Em uma das seringas, coloque água até a marca de 7 mL. Com uma lampa-

rina, aqueça a sua ponta, lacrando-a. Deixe esfriar.

6

2. Encha a outra seringa com ar até a marca de 7 mL e aqueça a

ponta para lacrá-la. Deixe esfriar. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

3. Agora, tente empurrar os êmbolos e observe o comportamento de cada

7

seringa. Destino dos resíduos.

Esta atividade não gera resíduos. As seringas devem ser guardadas para serem utilizadas por outras turmas. Análise de dados

Observe que é mais fácil empurrar o êmbolo da seringa com ar do que o da seringa com água.

O que você observou? Em qual das seringas foi mais fácil para você empurrar o êmbolo? Proponha um modelo, por meio de desenhos, para os constituintes (partículas) dos materiais contidos em cada seringa. Cite exemplos do seu cotidiano, em que você observa o comportamento dos gases similar ao do experimento e explique-os com base nesse modelo que você propôs. 5. De acordo com o modelo de partículas, explique por que os sólidos e os líquidos não são compressíveis como os gases, desenhando como estariam as partículas da matéria em cada estado de agregação. 1. 2. 3. 4.

No experimento acima, você deve ter notado que foi mais fácil comprimir o êmbolo da seringa cheia de ar do que daquela com água. Por que isso ocorreu? Que modelo explicaria esse comportamento? Se você considerar que tanto a água quanto o ar são formados por partículas – no caso, moléculas –, você já tem aqui o esboço de um modelo científico, ou seja, uma representação da realidade. Imagine, agora, essas partículas sendo comprimidas. É possível comprimir mais as moléculas do gás porque há mais espaços vazios entre elas. Isso nos leva à primeira conclusão: As moléculas dos gases estão bastante afastadas umas das outras. Utilizando o nosso modelo, podemos representar os três estados de agregação da matéria por partículas. No estado gasoso, elas estão muito afastadas. Nos estados sólido e líquido, as partículas estão mais próximas umas das outras; no primeiro, elas estão mais organizadas do que no estado líquido. Com esse modelo, é possível explicar porque líquidos e gases têm formas variáveis, enquanto os sólidos têm forma fixa. 115

ia c n ê i c e a ic ím u Q

Observe que o modelo elaborado explica não somente uma das propriedades dos gases, a compressibilidade, mas também as propriedades dos três estados de agregação apresentadas no quadro abaixo. COMPARAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE SÓLIDOS, LÍQUIDOS E GA SES

3 O L U ÍT P A C

Propriedade

Sólidos

Líquidos

Gases

forma do recipiente que o contém (variável)

Volume

definido(fixo)

definido(fixo)

Forma

definida(fixa)

forma do recipiente em que está contido sem, necessariamente, ocupar todo o seu volume forma do recipiente em que está contido (variável) (variável)

Compressibilidaderelativa

muitopouca

Densidaderelativa

grande

muitopouca

grande

grande

pequena A

B

C ji u Y J. s: e çõ a rt s lIu

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

líquido

sólido

gasoso

Modelo representando os constituintes de um material em diferentes estados físicos: a) No estado sólido, os constituintes se apresentam muito próximos. b) No estado líquido, esses constituintes estão muito próximos, mas de forma desorganizada. c) No estado gasoso, esses constituintes têm uma liberdade maior em relação aos outros estados físicos.

Difusão dos gases PARE E PENSE

Por que o cloreto de amônio não foi formado nas extremidades do tubo e, sim, próximo à região central?

Existem pessoas de olfato tão sensível que conseguem perceber a aproximação de outra pessoa pelo perfume que ela usa. Por que sentimos o cheiro de um móvel feito de madeira verde (recémcortada) e não sentimos o cheiro de um móvel de ferro? Para entender esse processo, vamos analisar um experimento muito curioso, que poderá ser demonstrado pelo seu professor, caso sua escola possua um laboratório de Química dotado de uma capela. Um tubo de vidro bem limpo e seco, de um metro de comprimento, é fixado na horizontal em um suporte. Simultaneamente, coloca-se, em uma extremidade, um chumaço de algodão umedecidocom ácido clorídrico (HCl) e na outra extremidade um chumaço umedecido em amônia (NH3). Após cerca de 15 segundos, nota-se a formação de um anel branco. Em um experimento desse tipo, observou-se que oanel foi formado a 59,4 cm do algodão com amônia e a 40,6 cm do algodão com ácido clorídrico. ATENÇÃO! Não tente reproduzir em casa esse experimento, pois nele se utilizam substâncias potencialmente perigosas. 116

O anel branco observado no tubo éa substância cloreto de amônio (NH4Cl), que, em temperatura ambiente, é um sólido. Essa substância é produzida na reação, conforme a equação química: HCl(g) + NH3(g) r NH4Cl(s). Para a reação ocorrer, é necessária a interação entre as moléculas do cloreto de hidrogênio e as da amônia, o que só aconteceu a uma certa distância das extremidades. chumaço de algodão umedecido com amônia (NH3 )

chumaço de algodão umedecido com ácido clorídrico (HCl)

ij u Y J.

1

2

3

4

5

6

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

7

Anel de cloreto de amônio: produto sólido formado pela reação entre vapores de NH3 e HCl.

Esse experimento demonstrou, portanto, que as moléculas dos gases têm ampla liberdade de movimento. Essa propriedade explica o odor dos per fumes: as suas moléculas se espalham rapidamente pelo ar e sentimos o aroma porqu e algumas delas chegam ao nosso nariz. O ácido clorídrico (HCl) e a amônia (NH3) são gases que estão dissolvidos em água. Ao abrirmos um frasco de uma dessas soluções, rapidamente percebemos o seu forte odor característico, pois esses gases se difundem no ambiente. No experimento em questão, tivemos uma evidência desse processo. No tubo, as moléculas dos gases difundiram-se, ou seja, elas se movimentaram. A diferença de velocidade dos gases deve-se à diferença de massa de suas moléculas. A massa de uma molécula de ácido clorídrico é maior do que o dobro da massa de uma molécula de amônia. Por isso, o deslocamento das moléculas de ácido clorídrico é bem mais lento. O que nos leva à segunda conclusão de nosso modelo científico: As moléculas dos gases estão em constante movimento. Por isso, eles podem se expandir, ocupando todo o volume do recipiente.

ij u Y J.

A compressibilidade e a difusão dos gases podem ser explicadas por baixa interação e movimento desordenado das moléculas. 117

ia c n ê i c e a ic ím u Q

Expansibilidade A expansibilidade decorrente de variações de temperatura é outra importante propriedade dos gases e poderá ser observada no próximo experimento.

3 O L U ÍT P A C

Consulte as normas de segurança no laboratório, na última página deste livro.

Atividade Experimental

Brincando com bexiga: o que acontece quando mudamos sua temperatura?

Verifique a relação entre temperatura e volume dos gases e tente elaborar um modelo que explique o seu comportamento. Materiais

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Duas garrafas descartáveis de água mineral (500 mL) Dois balões de festa (bexigas) Dois recipientes de tamanho suficiente para colocar as garrafas mergulhadas em água Água quente Água e gelo Procedimento

1. Adapte um balão à boca de cada garrafa. 2. Aperte uma das garrafas e observe. O que acontece? Justifique. 3. Mergulhe uma garrafa em um recipiente com água quente (próxima a 80 °C). 4. Deixe por, pelo menos, 3 minutos, retire a garrafa da água quente, observe e anote. 5. Mergulhe a outra garrafa no outro recipiente com água e gelo. 6. Deixe por, pelo menos, 3 minutos, retire a garrafa, observe e anote. Destino dos resíduos

Esta atividade não gera resíduos. O material deve ser guardado para ser utilizado por outras turmas. Análise de dados

1. O que aconteceu com o gás contido na garrafa quando esta foi mergulhada em água quente? E em água fria? 2. Represente, por meio de desenhos, o que aconteceu com as moléculas de gás em cada caso, após a variação de

temperatura. 3. O número de moléculas aumentou ou diminuiu após o aquecimento e o resfriamento dos gases? Justifique. 4. Represente graficamente essa relação, ou seja, faça um gráfico da variação do volume em função da temperatura.

Considere que você tem três pontos (situações diferentes): quente, temperatura ambiente e frio. 5. Baseando-se no gráfico indique qual das relações abaixo você pode estabelecer entre o volume (V) e a temperatura (T) deconfeccionado, um gás:

a) Volume é igual à temperatura (V = T). b) V é proporcional à T (V T). c) V é inversamente proporcional à T (V 1/T). d) V independe de T. 6. Descreva uma hipótese que justifique as variações observadas.

118

i tt u m e D yl e H

Você já sabe que as moléculas dos gases estão em constante movimento. Consequentemente, elas devem chocar-se contra as paredes do recipiente que as contém. Quando sopramos uma bexiga, injetamos nela moléculas de ar que a pressionam, fazendo-a aumentar de tamanho. No caso de um balão lacrado, a quantidade de moléculas que ele contém é constante. Vamos observar se o modelo que estamos utilizando pode justificar essa variação. Sabe-se que um corpo em movimento possui energia cinética . Energia é a capacidade de um sistema realizar trabalho, ou seja, produzir uma força para deslocar um O aumento de volume de uma bexiga de ar pode ser explicado, corpo. Vejamos os fatores relacionados à energia cinética. Para se considerarmos que as moléculas dos gases do ar estão em constante movimento. isso, pense: rt e a b s e a H y d n a C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Que veículo em movimento produzirá maior trabalho, ou seja, será capaz de provocar um maior deslocamento de outro carro, se houver um choque entre eles: a) Um fusquinha ou um caminhão? b) Um carro em uma rodovia na velocidade regulamentar de 80 km/h ou um carro de Fórmula 1 em um autódromo à velocidade de 200 km/h? Pela análise das questões acima, percebe-se que a energia cinética está relacionada à massa e à velocidade. Estudos físicos sobre a energia cinética demonstram que ela pode ser descrita pela equação matemática:

1

2

3

4

5

6

7

em que Ec representa a energia cinética; m, a massa da partícula; e v, sua velocidade. moléculas gasosas estão em constante movimento, ou seja, possuem modelo, paraAsexplicar os resultados experimentais, podemos acrescentar a ideia de que aenergia energiacinética. cinética Em das nosso moléculas está associada à temperatura. Quanto maior for a temperatura de um gás, maior será a energia cinética e a velocidade de suas partículas gasosas e, consequentemente, maior será o volume ocupado por este, ou seja, maior será a sua expansão. Daí chegamos à seguinte conclusão:

Quanto maior a temperatura , maiores serão a energia cinética e a velocidade das partículas gasosas. Estudos mais detalhados sobre o comportamento dos gasesdemonstram que a energia cinética média daspartículas de um gás é proporcional à temperatura. Dessa forma, podemos considerar que a temperatura corresponde a uma dada energia cinética média das moléculas dos gases. Se dois gases encontram-se a uma mesma temperatura, suas moléculas têm a mesma energia cinética média. Demoramos a perceber o cheiro de certas substâncias porque suas moléculas são mais adas pese, consequentemen te, de velocidades menores. No caso do experimento apresentado na página116, percebeu-se que asmoléculas do ácido clorídrico apresentaram menor velocidade de difusão do que as moléculas de amônia. Se ambas estavam na mesma temperatura, então, de acordo com o nosso modelo, tinham a mesma energia cinética média(Ec), ou seja: Ec(HCl) = Ec(NH3) Logo,

mHCl

⋅

2

v HCl

2

=

mNH

3

⋅ 2

2

v NH

3

.

Para manter essa igualdade, se a massa de HCl é maior do que a massa de3,NH então a velocidade das moléculas de NH3 terá de ser maior do que a velocidade das moléculas de HCl.

119

ia c n ê i c e a ic ím u Q

Essa teoria também explica por que é mais fácil sentirmos o cheiro das substâncias a temperaturas mais elevadas. A velocidade das moléculas de uma substância depende da energia cinética, que, por sua vez, é proporcional à temperatura. Portanto, quanto maior a temperatura, maior a velocidade das moléculas e mais facilmente será percebido o cheiro. O modelo apresentado foi capaz, até aqui, de explicar o comportamento de alguns gases sob determinadas condições. Veja a seguir como ele ficou. A validade de um modelo está na sua capacidade de explicar a maior quantidade possível de fenômenos. Por isso, os cientistas fizeram uma série de estudos sobre o comportamento dos gases e estabeleceram diversas leis. As leis obtidas permitiram a elaboração da teoria cinética dos gases, que, até hoje, tem sido muito bem-sucedida na explicação do seu comportamento. O

3 O L U ÍT P A C

modelo desenvolvemos aqui suporte apresenta as ideias básicas dessa teoria. Veremosque adiante as leis queaté deram a ela.

Modelo explicativo do comportamento dos gases 1.

2. 3. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Os gases são constituídos por partículas – no caso, moléculas – que se encontram muito afastadas umas das outras. As moléculas dos gases estão em constante movimento. Por isso, eles podem se expandir. A temperatura de um gás está relacionada à energia cinética média de suas partículas. Quanto maior a temperatura, maiores a energia cinética e a expansão dos gases. Quanto menor a temperatura, menores o movimento das moléculas e o volume ocupado pelo gás. ij u Y .J

Elevando a temperatura de um gás, sua energia cinéticae a velocidade de suas moléculas aumentam.

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

63. De acordo com o modelo cinético, explique por que ocorrem

expansão e contração no volume de um gás. 64. Explique a relação entre as propriedades de compressibilidade e expansibilidade dos gases e o funcionamento de um motor de combustão. 65. De acordo com o modelo de partículas, por que os gases apresentam líquidos? propriedades tão diferenciadas dos sólidos e 66. Por que os materiais no estado sólido são mais densos do que no estado gasoso? 67. É propriedade de um gás ocupar todo o volume do recipiente que o contém. Como você explica esse fenômeno com base no modelo cinético? 68. Após o futebol de areia numa praia ensolarada, o jogador 120

fica com um cheiro característ ico por causa do suor. Outra pessoa ao seu lado sente o cheiro. Ex plique esse fato por meio do fenômeno da difusão gasosa. 69. Qual o efeito que um aumento de temperatura provoca na velocidade das partículas de um gás? 70. Como será a velocidade das moléculas, numa mesm a temperatura, de dois gases com diferentes massas moleculares?

71. Em que situação um assado d e carne “cheira mais” : quan-

do é retirado do forno ou quando é retirado da geladeira? Por quê? 72. Um gás A tem uma c apacidade de difusão duas vezes maior do que a de um gás B, nas mesmas condições de pressão e temperatura. Sabendo que a massa molecular de A = 16 g mol–1, calcule a massa molecular de B.

73. (UFBA) Numa sala fechada, foram abertos, ao mesmo tempo, três frascos que continham, respectivamente, NH 3(g), SO 2(g) e H 2S(g). Uma pessoa que estava na sala, à igual distância dos três frascos, sentirá o odor desses gases em que ordem? Valores de massas molares: NH3 = 17 g mol–1, SO2 = 64 g mol –1 e H2S = 34 g mol–1.

74. O comportamento dos gases, como a dispersão da fumaça, pode ser explicado se considerarmos que as partículas dos gases: a) Têm movimento ordenado. b) Apresentam baixa velocidade. c) Possuem energia cinética média inversamente proporcional à temperatura. d) Têm movimento livre. e) Estão muito juntas umas das outras.

75. (Fuvest-SP) Uma amostra de gás foi aquecida sob pressão D L N P O Ã Ç A G L U IV D

constante. Nessa transformação ocorreu: a) Diminuição do volume do gás e da energia cinética média das moléculas. b) Aumento do volume do gás e da energia cinética média das moléculas. c) Aumento do volume do gás e diminuição da energia cinética média das moléculas.

fumantes e os desafiaram a tomar refrigerante, aspirando por um longo canudo de refresco, da maior altura possível, a partir dos andares mais altos da escola. O resultado foi conclusivo: os não fumantes conseguiram, em média, tomar o refrigerante de alturas bem maiores. Entretanto, a partir de determinada altura nenhum estudante conseguiu tomar o refrigerante através do longo canudinho. A razão desse insucesso deveu-se: a) À pressão atmosférica.

c) Ao despreparo físico geral dos grupos. d) Ao fato de o refrigerante não ser constituído apenas por água. e) À capilaridade do canudinho.

5

79. Em uma atividade experimental, um aluno pegou dois ba-

78. (Univali-SC) Em campanha contra o tabagismo, os alunos de uma escola decidiram promover uma demonstração de impacto para evidenciar alguns malefícios do fumo. Constituíram um grupo de fumantes e outro de não 121

6

lões de borracha e colocou na boca de duas garrafas PET vazias e limpas. Em seguida, colocou uma das garrafas em uma bacia com água quente e a outra em uma bacia com água fria. Um dos balões murchou e o outro ficou mais cheio. Com a descrição acima e o auxílio da figura abaixo, assinale a alternativa correta.

7

in t e u q e S . O

76. Os balões dirigíveis são inflados com uma mistura de gás

dos gases, realizou os seguintes procedimentos: a) Mergulhou um balão cheio de ar num béquer com água e gelo e observou a diminuição do volume do gás. b) Aqueceu o béquer com água, no qual estava submerso o balão cheio de ar e observou um aumento do volume. De acordo com a teoria cinética dos gases, explique os fenômenos observados.

3

4

e) Aumento do volume do gás, porém, a energia cinética média das moléculas manteve-se constante.

77. Um estudante, interessado em analisar o comportamento

2

b) Ao valor da aceleração da gravidade.

d) Diminuição do volume do gás e aumento da energia cinética média das moléculas.

hélio e outros gases. Essa mistura gasosa é menos densa do que o ar atmosférico, por isso esses balões flutuam. O operador controla a altitude do balão por meio da regulagem da temperatura interna. Explique, então, como o operador do balão faz para que ele suba ou desça.

1

a) O balão que murchou foi colocado em água quente, pois o aumento da temperatura causou uma contração dos gases da bexiga. b) O balão que ficou mais cheio foi colocado em água quente, devido ao aumento da temperatura do sistema e à expansão dos gases presentes na bexiga. c) O volume do balão que foi colocado em água fria diminuiu, porque a pressão do sistema aumentou, reduzindo o choque das par tículas de gás com as paredes do balão. d) Em qualquer um dos casos, o volume dos balões foi alterado, porque o tamanho das partículas de gás foi modificado. e) O fenômeno observado não tem nenhuma relação com aumento ou diminuição de temperatura.

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

8 Leis dos gases e teoria

cinética dos gases in t e u q e S o d l vsa O

A explicação das leis dos gases levou ao desenvolvimento da Teoria Cinética dos Gases, que relaciona as suas propriedades à agitação térmica de suas partículas, quanto maior a temperatura maior será a agitação das moléculas.

E

studos sobre o comportamento dos gases permitiram estabelecer leis sobre suas propriedades. A partir delas, foi desenvolvida a teoria cinética dos gases. Para entendermos os principais pressupostos dessa teoria, vamos estudar algumas das leis básicas que a fundamentam.

1a Lei – Transformações isotérmicas D L N P O Ã Ç A G L U IV D

São chamadas transformações isotérmicas, as transformações que ocorrem em temperatura constante. O experimento sobre a compressibilidade dos gases (página 115) demonstra claramente: à medida que se aumenta a pressão, o volume do gás diminui. Isso não é um fato isolado, é uma regularidade comum, quando o experimento é conduzido a uma temperatura constante para uma mesma massa de gás. O físico e químico irlandês Robert Boyle [1627-1691] foi quem iniciou o estudo darelação entre o volumede um gás e sua pressão. Além de perceber que, quando se aumenta a pressão sobre um gás, obser va-se um decréscimo no volume o cientista também notou que o produto entre pressão e volume é aproximadamente constante. Todas as substâncias gasosas apresentam essa regularidade, que ficou conhecida comoLei de Boyle.

m1

=

m2

=

m3

P1

<

P2

<

P3

T1

=

T2

=

T3

V1

>

V2

>

V3

ji u .Y J

À temperatura cons-

1

2

3

A Lei de Boyle pode ser enunciada da seguinte forma: O volume de uma quantidade de gás , em temperatura constante, é inversamente proporcional à pressão a qual está submetido. 122

tante, aumentando-se a pressão no êmbolo, diminui-se a distância entre as partículas.

Estudando diversos gases, Robert Boyle identificou que, matematicamente, a variação de volume em função da pressão pode ser expressa pela relação: P1 ⋅ V1 = P2 ⋅ V2 = k em que P1 e V1 são a pressão e o volume iniciais; P2 e V2 são a pressão e o volume finais; e k é um valor constante. Essa equação representa a Lei de Boyle, que pode ser expressa também da seguinte forma:

1

2

ji u Y .J

) a (P o ã s s e r P

3

4

Volume (L)

5

Representação gráfica das transformações isotérmicas.

O gráfico que você fez no caderno deve ter a mesma forma que o gráfico representado aqui. Coincidência, não? Nada disso! Simples coerência com a Lei de Boyle. Como a temperatura é constante, essa curva é chamada isoterma (iso = “igual”) e as mudanças de estado do gás nessas condições são denominadastransformações isotérmicas. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

6

7

História da Ciência

Robert Boyle, o atomismo obert Boyle, irlandês da cidade de Munster , nasceu em 26 de jae o início da química moderna

R neiro de 1627. Ele foi o décimo quarto filho do duque de Cork.

De família nobre, estudou latim, grego, inglês, hebraico e até siríaco, um antigo idioma falado pelos sírios. Aos 8 anos de idade, entrou para o maior e mais famoso colégio inglês da época, o Eton College, onde estudou por três anos. Ao terminar seus estudos no Eton, percorreu o continente europeu e, na Itália, conheceu o famoso Galileu, que teve uma forte influência em sua decisão profissional: dedicar-se à Ciência.

m o o b se r e K n n a h o J

Após seu regresso à Inglaterra, entrou para Oxford, o principal centro científico do país na época. Foi lá que Boyle teve a oportunidade de conviver com um grupo de brilhantes sábios dedicados à Ciência experimental, que Os estudos de Robert Boyle dariam srcem, segundo uma carta do rei, de 1660, à Sociedade Real. O contribuíram, de forma significativa, cientista irlandês desenvolveu equipamentos para medir a pressão dos gases para o surgimento da Química como e fez diversos experimentos, a partir dos quais pôde propor a lei que ficaria Ciência. conhecida como Lei de Boyle. Boyle definiu elemento como substânciaincapaz “ de sofrer decomposição por qualquer meio conhecido” . Era um atomista convicto e os seus trabalhos contribuíram para o nascimento da Química como Ciência, tanto pelas suas teorias como pela introdução do método experimental, que ainda não era largamente usado. O marco do surgimento da Química foi estabelecido com a obra de Lavoi sier [1743-1794], aproximadamente cem anos depois, mas isso sófoi possível graças ao trabalho anterior de diversos pensadores, entre os quais Boyle. Morreu em 30 de dezembro de 1691, aos 64 anos, esua contribuição para o desenvolviment o das Ciências pode serpercebida pelo tributo que lhe prestaram na época:“Robert Boyle fareja averdade”. 123

ia c n ê i c e a ic ím u Q

2a Lei – Transformações isobáricas São chamadas de transformações isobáricas as transformações que ocorrem em pressão constante. Você se lembra do experimento da expansibilidade? Volte à página 118 e relembre: o volume de um gás varia de acordo com a temperatura. Como já vimos, a energia cinética das partículas é diretamente proporcional à temperatura do gás. Portanto, quanto maior a temperatura, maior será a velocidade das moléculas de um gás e vice-versa.Aumentando a velocidade, se a pressão for constante, o volume ocupado tende a

3 O L U ÍT P A C

n o t g n i sh a W , sso e r g n o C o d ca te o li b i B

n to g n i sh a W , o ss re g n o C o d ca e t o il ib B

Jacq ues Alexandre Cesar Charles

Joseph Louis Gay-Lussac

Os estudos de Jacques Alexandre César Charles

e

permitiram uma melhor compreenJoseph Louis Gay-Lussac aumentar. são das propriedades dos gases. Essa propriedade do gás foi estudada em 1787 pelo cientista francês Jacques Alexandre Cesar Charles [1746-1823]. Seu trabalho seria o primeiro passo para o estabelecimento de uma lei física que se completaria com as pesquisas do químico e físico francês Joseph Louis Gay-Lussac [1778-1850]. Como homenagem ao trabalho desses cientistas, a lei que relaciona temperatura e volume de um gás ficou conhecida como Lei de Charles e Gay-Lussac. Ela pode ser definida da seguinte forma:

A temperaturade uma quantidade de gás varia na mesma proporção que o volume, quando a pressão é mantida constante.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Como as transformações gasosas desse tipo ocorrem sob pressão constante, elas são também chamadas transformações isobáricas. Matematicamente, essa lei pode ser representada pela equação: V1 T1

=

V2 T2

=

k

em que V1 e T1 são o volume e a temperatura iniciais; V2 e T2 são o volume e a temperatura finais; e k é um valor constante. O modelo cinético que estamos considerando para as partículas explica o que é previsto por essa lei: o aumento da temperatura de um gás em um recipiente de volume variável, mantendo-se constante a pressão, provoca um aumento da energia cinética. Consequentemente, elas passam a ocupar um maior volume. Mas é bom destacar: o aumento da temperatura não aumenta o volume das partículas, apenas a energia cinética delas. Com base nesses e em diversos outros estudos científicos realizados durante os séculos XVII e XVIII, definiu-se a temperatura de um gás como a medida da energia cinética média de suas moléculas. Ou seja, quanto maior a energia cinética de suas moléculas, maior será a temperatura. Tal lei pode ser representada de acordo com o gráfico a seguir: ji u Y .J

) (L e u m l o V

m1

=

m2

=

m3

P1

=

P2

=

P3

T1

<

T2

<

T3

V1

<

V2

<

V3

Temperatura (K)

Representação gráfica das transformações isobáricas.

124

1

ji u Y .J

2

Aumentando a temperatura do sistema , eleva-se o seu volume, em pressão constante.

3

4

a

3 Lei – Transformações isocóricas

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

São chamadas de transformações isocóricas as transformações queocorrem em volume constante. Como já vimos, as moléculas de um gás estão em constante movimento, colidindo contra as paredes do recipiente no qual estão contidas. Essascolisões dão srcem à pressão. O controle desse processo é uma atividade rotineira para quem tem carro e quer garantir bom desempenho e segurança dos pneus: eles devem ser calibrados regularmente. Calibrar os pneus significa regular os níveis da pressão provocada pelos gases que osenchem. No automobilismo de competição, um pneu bem calibrado pode ser a diferença entre a vitória e a derrota. Assim, a volta de apresentação antes da largada da corrida não é só para mostrar os carros, mas para aquecer os pneus e melhorar o desempenho. O aquecimento faz com que as moléculas dos gases, contidas nos pneus, atinjam a temperatura que dará uma pressão ideal para toda a corrida. É bom lembrar que esse processo ocorre em volume constante, pois o volume do

pneu praticamente se altera. Isso nos leva a umaaumento constatação: a elevação de temperatura, semnão variação do volume, ocasiona de pressão. Isso acontece porque, ao se elevar a temperatura, aumenta-se a energia cinética das moléculas, o que implica maior número de colisões contra as paredes do recipiente. Os estudos quantitativos sobre a relação entre pressão e temperatura para diversos gases, feitos por Charles e Gay-Lussac, levaram à mesma conclusão. Assim, foi estabelecida uma outra lei, conhecida como Segunda Lei de Charles e Gay-Lussac , que pode ser traduzida conforme o enunciado: A pressão exercida por uma massa gasosa, sob volume constante, é diretamente proporcional à sua temperatura termodinâmica. As transformações que ocorrem de acordo com essa lei são denominadas isocóricas , isométricas ou isovolumétricas , pois se dão em volumes constantes. Com base nessa lei, podemos deduzir a expressão matemática: P1 T1

=

P2 T2

=k

em que P1 e T1 representam a pressão e a temperatura iniciais;P2 e T2, a pressão e a temperatura finais; e k é um valor constante.

125

5

6

7

ia c n ê i c e a ic ím u Q

Podemos representar essa lei por meio de um gráfico de pressão em função da temperatura. ij u Y J.

) tm (a o ã s s e r P

3 O L U ÍT P A C

Em volume constante, aumentando-se a temperatura no sistema, maior será o movimento das moléculas e, em consequência, a pressão se elevará.

Temperatura (K)

m1

=

m2

=

m3

P1

<

P2

<

P3

T1

<

T2

<

T3

V1

=

V2

=

V3 ji u Y .J

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Representação gráfica das transformações isocóricas .

Uma aplicação dessa transformação está na utilização de panela de pressão no preparo de alimentos. A panela pressão,cinética diferente demais, édos umgases, sistema O por aquecimento eleva Numa sua pressão interna porque aumenta adeenergia dasdas moléculas quefechado. não têm onde escapar. panela comum, mesmo com aquecimento, a pressão será sempre igual à pressão ambiente. Com o aumento da pressão interna na panela de pressão, a água utilizada no aquecimento vai entrar em ebulição a uma temperatura maior e, por isso, os alimentos serão cozidos mais rapidamente. O limite da pressão será definido pela válvula da panela. Quando a pressão ultrapassar um valor estipulado, a válvula será suspensa deixando escapar parte do gás e diminuindo a pressão.

Lei geral dos gases Com base nas três leis dos gases, podemos estabelecer uma lei geral, que vai nos permitir a elaboração de modelos explicativos para o comportamento da matéria. Como toda lei, ela será uma generalização teórica e terá suas limitações. Consequentemente, os modelos desenvolvidos a partir dela, como todo modelo científico, também serão aproximações da realidade. Se combinarmos a Lei de Boyle com a Lei de Charles, constatamos que o volume é inversamente proporcional à pressão e diretamente proporcional à temperatura, ou seja: Vα

T

P

em que α representa proporcionalidade. Matematicamente, quando temos uma proporção, ela pode ser representada por um valor constante ( k). Assim, a relação anterior pode ser convertida em: ⋅

126

Então, se submetermos uma determinada quantidade degás a qualquer variação, suas condições iniciais (índice 1) e finais (índice 2) serão dadas pelas equações: P1

⋅ V1

= k1

T1

P2

e

⋅ V2 T2

= k2

Como, para uma mesma quantidade de gás, as constantes k 1 e k2 são iguais, podemos igualar as equações anteriores, obtendo: k1

=

k2

→

P1

⋅

T1

V1

=

P2

1

⋅

V2

2

3

T2

Essas relações caracterizam o estadogasoso e demonstram que as três propriedades – pressão, volume etemperatura – variam umas em função das outras. Por tal motivo, são conhecidas comovariáveis do estado gasoso.

4

Então, para resumir:

O estado de um gás é caracterizado por suas condições de temperatura, pressão e volume.

5

A constante da relação anterior irá depender da quantidade de gás. Para uma certa quantidade, teremos: P

⋅

T

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

V

6

=k

∴ P

V⋅ = k

T

⋅

O químico e físico italiano Amedeo Avogadro [1776-1856] fez outra importante consideração para a compreensão do comportamento dos gases. Em seus estudos, ele levantou a hipótese de que volumes iguais de gases, sob as mesmas condições de temperatura e pressão, contêm o mesmo número de constituintes, ou seja, o mesmo número de moléculas. A aceitação dessa hipótese tornava coerente as relações matemáticas que estavam sendo estabelecidas. Assim, com base nesses estudos, percebeu-se que a constante da equação anterior, k, está relacionada à quantidade de matéria (grandeza que mede a quantidade de entidades químicas), representada por n, e a uma outra constante, denominada constante universal dos gases perfeitos, representada porR. Substituindok por n  R, na equação anterior, chegamos à conhecida equação geral dos gases, em que R é denominada constante dos gases:

P⋅ V = n⋅R⋅T A letra n é o símbolo de quantidade de matéria, uma grandeza que nos permite saber quantas moléculas existem em certa massa de substância. A equação geral dos gases é fundamental na Química, pois nos possibilita fazer diversas previsões sobre o comportamento dos gases, por meio do conhecimento de algumas de suas propriedades. Essas previsões são válidas, levando-se em conta algumas condições. Por isso, essa equação também é conhecida como equação do gás ideal. Assim, como a equação do gás ideal foi deduzida com base nas leis dos gases, diversas relações matemáticas foram desenvolvidas. Uma delas é a que estabelece a definição termodinâmica de temperatura e que, conforme já vimos, está relacionada à energia cinética das moléculas. De acordo com tal relação, no ponto zero, as moléculas estariam em repouso, ou seja, sua energia cinética seria nula. Esse estado teórico, em que as moléculas estão em pleno repouso, é denominado zero absoluto. Este ainda não foi obtido experimentalmente, embora já seja possível chegar muito próximo a ele. Será que esse modelo previsto por relações matemáticas é real ou apenas ideal? O estabelecimento da equação geral dos gases partiu de uma precondição básica: a de que as leis dos gases são válidas em todas as condições de temperatura, pressão e volume. Mas será que são mesmo? Não exatamente. Mais tarde, descobriu-se que a equação apresenta algumas restrições. Ela descreve muito bem o comportamento dos gases quando estes são submetidos às baixas pressões (pressões menores que 100 000 Pa) e a elevadas temperaturas (bem superiores à temperatura de condensação do gás). Nessas O que será que vai acontecer condições, as moléculas dos gases estão muito afastadas e praticamente não com o balão à medida que subir? k c to sr e tt u h S /s e g a Im ss e n si u B y e k n o M

127

7

ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

interagem entre si. Contudo, quando aumentamos a pressão ou diminuímos a temperatura a valores próximos à temperatura de condensação, as moléculas dos gases começam a interagir umas com as outras, causando desvios da equação geral. Esse fato não a invalida, mas revela limitações. Podemos dizer que a equação geral dos gases seria perfeitamente válida para um gás, cujas moléculas não interagissem entre si. Na verdade, isso não acontece com nenhum gás. Além disso, de acordo com a equação, na temperatura de 0 K (zero absoluto), o volume de qualquer gás seria nulo, o que também não acontece no mundo físico. Desse modo, a equação é válida para um gás imaginário, ou seja, um gás ideal. Note que um gás ideal não existe, ele é apenas um modelo. Mesmo assim, muitos gases reais, quando submetidos às altas temperaturas e baixas pressões, comportam-se de acordo com as leis estabelecidas, como se fossem gases ideais.

Teoria cinética dos gases O comportamento dos gases ideais pode ser explicado pela Teoria Cinética dos Gases, derivada das leis até aqui

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

estudadas. Segundo essa teoria, os gases consistem em grande número de partículas que se movimentam livremente. É com base nessa característica que se explica, por exemplo, a propriedade de difusão, na qual os gases se espalham e se misturam com outros. A partir dessa teoria se elaborou um modelo de partículas para os gases, que se baseia no movimento das moléculas, ou seja, na sua energia cinética. Até aqui, aprendemos as seguintes ideias sobre a Teoria Cinética dos Gases: os gases são formados por inúmeras moléculas extremamente pequenas, em comparação com as distâncias que as separam e com o tamanho do recipiente que as contém. Assim, o volume do gás é igual ao espaço ocupado pelas suas moléculas em movimento, o que corresponde ao grande espaço vazio existente entre elas. A massa do gás é igual à soma das massas de suas moléculas. A velocidade de deslocamento das moléculas depende da sua massa e, portanto, da sua composição. A Teoria Cinética dos Gases foi desenvolvida, a partirde relações matemáticas obtidas no estudo dos gases,por meio de medidas precisas do comportamento das três variáveis do estado gasoso, que estabeleceram as três leis dos gases. A explicação do comportamento dos gases, previsto pela Teoria Cinética dos Gases, foi desenvolvida de forma a considerar que os choques entre as moléculas, extremamente pequenas, seguem um comportamento diferente entre corpos maiores como os que estamos habituados em nosso cotidiano. Vejamos uma comparação: em um trio elétrico as pessoas dançam em movimentos aleatórios. Assim, quem vai atrás do trio elétrico tem de estar disposto a levar muitos encontrões, mesmo que faça todo o possível para se desviar das outras pessoas. Em nosso modelo de gases, apesar de as partículas estarem proporcionalmente mais afastadas do que as pessoas atrás do trio elétrico, a possibilidade de colisões é infinitamente maior: além de haver muito mais moléculas do que foliões, elas se movimentam muito mais rapidamente do que os foliões. O movimento é absolutamente caótico. Segundo a teoria cinética: ao contrário de você, que perde energia após cada esbarrão, considera-se que os choques entre as moléculas ou com as paredes do recipiente se dão sem alterar a sua energia cinética, que pode ser denominado "choque perfeitamente elástico”. Se não fosse assim, as moléculas perderiam energia a cada choque e, após certo tempo, estariam paradas. Isso significa que um balão, em pouco tempo, diminuiria de tamanho. Se assim fosse, as nossas festas de aniversário seriam sempre com balões murchos, e os carros modernos não poderiam ter o conforto da elasticidade proporcionada pelos pneus, pois seriam todos rígidos, como os das carruagens antigas. Mas será que todas as moléculas têm a mesma energia cinética? Assim como há foliões que pulam mais rápido do que outros, as moléculas no estado gasoso também se movimentam com diferentes velocidades. Elas não têm a mesma quantidade de energia. Como vimos, a relação matemática que define a temperatura termodinâmica do gás refere-se à energia cinética média de todas as moléculas. Outro pressuposto dessa teoria é considerar que as moléculas tenham Amedeo Avogadro , com sua hipótese de que volumes iguais de gases, sob as mes- volume desprezível. Lembre-se que, de acordo com a equação dos gases mas condições, contêm o mesmo número de ideais, à temperatura de 0 K, o volume dos gases seria nulo. Como vimos, todas essas proposições sobre o movimento das partículas constituintes, contribuiu para a previsão de propriedades dos gases. microscópicas explicam muito bem o comportamento macroscópico dos gases.

n o m o h C / a e D

128

Assim, temos evidências para aceitá-las. Um dos seus princípios básicos é considerar que os gases são formados por partículas. Dessa forma, a teoria cinética dos gases configura-se também como uma evidência das teorias atomistas que consideram a matéria constituída por partículas. O estudo que desenvolvemos neste capítulo ilustrou, por meio de medidas precisas, que permitiram o estabelecimento das leis dos gases, como podemos elaborar leis expressas por relações matemáticas e, com base nessas, elaborar teorias. A maioria das teorias e dos modelos estudados em Química foi desenvolvida dessa maneira. Deve-se destacar que as teorias têm suas limitações. E, apesar disso elas podem contribuir para a maior compreensão do complexo mundo microscópico e o

1

ji u Y .J

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

2

3

4

desenvolvimento de uma infinidade de produtos. temos elaborado leis “ideais”, também buscamos modelos “ideais”Assim para como a nossa sociedade: um desenvolvimento compatível com a meta da sustentabilidade ambiental. Do que foi visto, podemos sintetizar a teoria cinética dos gases nos seguintes enunciados: 1. Os gases são formados por moléculas extremamente pequenas e com volume desprezível em comparação às distâncias que as separam e ao tamanho do recipiente que as contém. 2. As moléculas gasosas movimentam-se livremente ao acaso, em todas as direções e sentidos. 3. A velocidade das moléculas depende de sua massa e, portanto, da natureza do gás. De acordo com ateoria cinética dos ga4. As moléculas, como todo corpo em movimento, têm energia cinética. ses, as moléculas gasosas encontram-se em mo5. A energia cinética está relacionada à temperatura e à natureza do gás. vimento caótico comdiferentes velocidades, cho6. Da colisão contínua das moléculas contra as paredes do recipiente que cando-se entre si e com asparedes do recipiente. as contém resulta a pressão do gás. A força exercida com o choque das moléculas nas 7. A energia cinética das moléculas conserva-se durante os choques destas paredes, por sua unidade de área, corresponde à pressão do gás. com as paredes do recipiente ou com outras moléculas.

História da Ciência

Teoria Cinética dos Gases e seus proponentes n a i n so h it m /S r e b u H fl o d u R n n a h o J

ck o st n ti L/a yr a r b Li to o h P e c n ice S

n o t g in h s a W ,s ie r ra b iL n o ti u ti st In

ck o st n ti L/a yr a r b Li to o h P e c n ice S

ck o st n ti a /yL r a r b Li to o h P e c n ice S

Daniel Bernoulli

Rudolf Clausius

James Clerk Maxwell

Ludwig Eduard

matemático e físico suíço [1700-1782].

matemático e físico alemão [1822-1888].

matemático e físico escocês [1831-1879].

Boltzmann físico austríaco [1844-1906].

s teorias científicas são, em geral, propostas por um cientista, ou seu grupo de pesquisa, a

Apartir de estudos desenvolvidos por diversos outros cientistas. No caso da teoria cinética dos

gases, ela foi elaborada por diversos cientistas de diferentes nacionalidades, de forma que foi construída pela comunidade científica, não sendo produto de um único cientista ou grupo de cientista. Acima temos exemplos de alguns desses cientistas, que contribuíram para a elaboração da atual teoria cinética dos gases. 129

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ia c n ê i c e a ic ím u Q 3 O L U ÍT P A C

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

80. Quais são as variáveis do estado gasoso? 81. Observe os gráficos abaixo: 1-

é de 1 atm, quanto tempo será necessário para esvaziar o cilindro?

84. O gás hélio (He) é comercializado em cilindro s com volume

ij u Y .J

Isotérmica ) a P ( o

de 25 L, à pressão de 30,0 atm. Sabendo-se que cada balão de festa de a niversário cheio contém 2,5 L de gás, a uma pressão de 1,04 atm, quantos balões p oderiam ser cheios com um cilindro?

ã s s re P

85. Explique por que um gás, a um a pressão constante, apre-

Volume (L)

2-

Bari ) (L e m lu o V

senta o volume proporcional à temperatura.

ij u Y .J

86. O volume V de um gás ideal é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta, medida em Kelvin, representado por K. Se V = 1 500 cm3 quando T = 300 K, qual será a temperatura quando o volume for 2 500 cm3? Qual será o volume quando a temperatura for 200 K? Esboce um gráfico que represente a relação entre V e T.

Temperatura (K)

3D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Isocórica ) tm (a o ã s s e r P

87. Calcule a pressão que atinge um pneu que foi calibrado

ji u Y .J

com 30 libras a 0 °C e é aquecido a 60 °C (não se esqueça de converter a temperatura em Kelvin).

88. (Unicamp-SP) Uma garrafa de 1,5 L, indeformável e seca, foi fechada com uma tampa plástica. A pressão ambiente era de 1,0 atmosfera e a temperatura de 27 °C. Em seguida, essa garrafa foi colocada ao sol e, após certo tempo, a temperatura em seu interior subiu para 57 °C e a tampa foi

Temperatura (K)

Com relação as transformações gasosas, descritas nos gráficos, julgue os itens que se seguem, considerando C para arremessada efeitonodainterior pressãodainterna. a) Qual era apelo pressão garrafa no instante os corretos e E para os errados: imediatamente anterior à expulsão da tampa plástica? 1) O gráfico 1 descreve uma transformação gasosa isob) Qual é a pressão no interior da garrafa após a saída da térmica, na qual a pressão e o volume permanecem tampa? Justifique. constantes. Ao sair para um passeio com a sua família, um motorista 89. 2) Uma transformação isobárica, na qual a pressão do gás mediu a pressão do pneu e verificou que a pressão total permanece constante, pode ser descrita pelo gráfico 2. no interior deste era de 1,15 atm quando o termômetro 3) No gráfico 3, o aumento da pressão provoca a dimimarcava 30 °C. Após algumas horas rodando com esse nuição da temperatura absoluta. pneu, ele verificou a pressão novamente e obteve o valor 4) O s gráficos 1, 2 e 3 descrevem a transformação apenas de 1,26 atm. Considerando o volume do pneu desprezível, de um gás ideal. qual será a nova tempera tura, em Kelvin? 5) Em cada um dos três gráficos uma variável é constante. 3 90. A equação geral dos gases relaciona variáveis como 82. O gás oxigênio é comercializado em cilindros de 50 dm, pressão, temperatura e volume. Uma quantidade de que apresentam, em temperatura ambiente, pressão de 200 gás ideal ocupa um balão de 60 L à temperatura de atm. Que volume de oxigênio contido no cilindro ocuparia, 37 °C e pressão de 100 000 Pa. Qual será o volume desà mesma temperatura, à pressão de 1 atm? se gás se submetido à temperat ura de 5 °C e pressão de 83. Em hospitais, o gás oxigênio é armazenado em cilindros 200 000 Pa? com volume de 60 L, à pressão de 150 atm. Considerando a temperatura constante, responda às questões: a) Qual volume oc uparia o oxigênio contido em um cilindro, à pressão de 760 mmHg? b) Se o oxigênio for administrado a um paciente à velocidade de 8,0 L por minuto, num recinto onde a pressão

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91. A teoria cinética dos gases dá uma ideia de sua estrutura interna (como são organizados), propondo um modelo para explicar os fenômenos e as leis. Em linhas gerais, o que diz essa teoria?

92. Existe gás ideal? Explique sua resposta.

93. Qual a relação existente entre a energia cinética dos átomos ou moléculas de um gás e a sua temperatura? Exemplifique.

94. Qual é a diferença de dispersão dos poluentes gasosos em dias frios em relação a dias quentes?

95. O que têm em comum o modelo atômico de Dalton e a teoria cinética dos gases?

96. (UnB-PAS-DF) Com relação ao modelo cinético dos gases,

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

julgue os itens que se seguem, considerando C para os corretos e E para os errados. a) Segundo esse modelo, as moléculas de um gás estão em constante movimento retilíneo desordenado, colidindo, de modo perfeitamente elástico, entre si com as paredes do recipiente no qual se encontram. b) Se coloc armos um balão cheio de ar na geladeira, então, ao retirá-lo cerca de duas horas depois, observaremos um aumento do diâmetro do balão. c) O número de colisões entre as moléculas do gás nitrogênio colocado nos pneus de um carro de Fórmula 1 diminui no decorrer da corrida. d) Considerando que a pressão atmosférica na superfície de um lago é aproximadamente duas vezes menor do que a pressão no fundo, uma bolha de ar que se forma no fundo desse lago, ao atingir a superfície, terá seu volume diminuído em aproximadamente duas vezes.

97. Em nossas aulas, quando estudamos as propriedades dos gases, foram realizados os dois experimentos demonstrados a seguir:

I.

in t e u q e S . O

d) Com relação ao item II, os colegas do fundo da sala podem sentir o cheiro do perfume porque as m oléculas estão em constante movimento. Assim, elas podem se expandir, ocupando todo o espaço da sala. e) Se a aula fosse realizada em um dia muito quente, o tempo necessário para que os colegas do fundo perceber o cheiro do perfume seria o mesmo caso o dia estivesse frio.

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98. O dirigível é uma aeronave que para voar utiliza-se de uma grande cavidade que é preenchida com um gás menos denso que o ar atmosférico , por exemplo, o gás hélio. Qual a quantidade de matéria dirigível, que possui 2 837 500 L de gás existente hélio no em seu um interior? Sabendo que nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP), o volume molar de qualquer gás é de 22,7 L. Volume Dica: N = Volume molar in t e u q e S . O

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a) 12500 mol de Hélio. b) 13500 mol de Hélio. c) 100 000 mol de Hélio.

d) 110 000 mol de Hélio. e) 99 999 mol de Hélio.

99. Campanhas contra o tabagismo denunciam que as empresas produtoras de cigarro adicionam amônia (NH 3) para aumentar a dependência dos usuários, pois ocorre o aumento de liberação da nicotina. A nicotina é responsável por causar inúmeros malefícios ao organismo. Foi realizada a análise de duas amostras de cigarro. Na amostra 1 foi detectada a liberação de 1,8 · 10 -14 mol de amônia; já a segunda amostra determinou-se 2,0 · 10 -15 , a 27 °C e 1 atm. Dado: R = 0,082 atm ⋅ L .K-1 ⋅ mol-1. Qual amostra será mais prejudicial à saúde, usando como parâmetro a liberação de NH 3 gasoso, em mL?

II. Foi disperso no meio da sala um perfume e marcado quanto tempo os colegas, que estavam sentados no fundo, conseguiam sentir o odor. Com base nessas informações, julgue os itens, considerando 100.Em prédios residenciais é obrigatória a presença de exC para os corretos e E para os errados: tintores de incêndio dentro das normas técnicas. Nesse a) A figura I representa uma transformação isotérmica, caso, esses dispositivos são adequados para apagar o fogo onde há a variação da pressão e do volume mantendo tipo A (madeiras e papéis), tipo B (líquidos e inflamáveis), a temperatura constante. tipo C (equipamentos elétricos). Eles possuem como gás b) Ainda com relação à figura I, no primeiro momento é aplicaexpelente o gás nitrogênio (N2). Suponha que um extintor da uma pressão de 1 atm conferindo à seringa um volume desses tenha liberado 700 g de N 2. Calcule o volume desse de 10 mL. No segundo momento, a pressão aplicada é de gás liberados na atmosfera a 27 °C e 1 atm. 5 atm e o volume da seringa passa a ser de 4 mL. Dados: c) Um gás pode ser comprimido devido aos espaços vaMassa molar do N2 = 28 g mol-1 R = 0,082 atm· L · mol-1 k-1 zios entre as partículas que o compõe. 131

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ia c n ê i c e a ic ím u Q

9 Ciência e tecnologia:

incertezas e riscos

3 O L U ÍT P A C

k c o t rs e tt u h S /s o t o h P n io l il B

Os modelos de moléculas como os demais modelos científicos são produções humanas que por natureza são incertos. PARE E PENSE

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Você acha que podemos usar uma nova tecnologia antes dela ser testada? Por quê? Você acha correto o uso de animais de laboratório em testes de novos medicamentos? Por quê?

O

s dados apresentados neste capítulo demonstraram como a Ciência elabora modelos, os quais permitem fazer previsões sobre o comportamento da matéria. Foi visto também como as medidas científicas estão associadas aos erros. Esses erros geram incertezas, tornando incerto também os conhecimentos que estão diretamente associados à Ciência, como a Tecnologia. Isso levanta várias questões. Vamos começar pelo asp ecto ético. Na medida em que avançam os conhecimentos sobre os processos químicos da vida, podemos fazer várias previsõessobre o seu futuro. Mas até que ponto temos o direito de controlá-la e manipulá-la? Por trás desse debate existem duas grandes questões: o direito à vida, que se constitui um direito universal básico, e a mercantilização. Essas questões se põem a partir do princípio básico da cidadania fundamentado na defesa do

direito à vida e na proibição de qualquer ação que venha colocá-la em risco. O acesso às novas tecnologias, por exemplo, da engenharia genética (conjunto de técnicas para identificar e manipular genes de organismos vivos) pode ser visto como defesa à vida daqueles que vão sebeneficiar delas, com a ampliação de sua expectativa equalidade de vida. Por outro lado, dada à incerteza inerente a todo modelo científico, os seus resultados podem também provocar riscos à vida. Nesse sentido, é necessário levar em conta as incertezas ao se promover um debate ético sobre qualquer tecnologia. Tem que se considerar ainda que a discussão sobre o uso de uma tecnologia, não pode se restringir a análises técnicas. Ao longo da história, exemplos não faltam de casos de tecnologias que Diclorodifeniltricloroetano produziram resultados positivos para a vida da população, mas que provocaram (DDT) milhares de mortes posteriormente. Vejamos alguns. Em 1948, o químico suíço Paul Müller [1899-1965] recebeu o Prêmio Nobel de Medicina pela descoberta de propriedades inseticidas da substância diclorodifeniltricloroetano (C H Cl ). Esse p esticida organoclorado ficaria 14 9 5 conhecido como DDT, largamente empregado no combate aos insetos transmissores de tifo, malária e peste bubônica – doenças fatais que haviam proliferado assustadoramente após a Segunda Guerra Mundial. Além do combate às doenças tropicais, oDTT foi largamente empregado para controlar insetos que atacam a lavoura e, por isso, passou a ser denominado de edfensivo A produção química doDDT provocou uma agrícola, que protegia as lavouras dos ataques das pragas. revolução na agricultura e diversos problemas Ocorre que não tardou muito para que esse produto, que parecia ambientais. ser defensor da lavoura, passasse a ser considerado pelos ambientalistas 132

como agrotóxicos. Cientistas começaram a perceber que muitos insetos passaram a ficar resistentes a essa substância, ou seja, não morriam mais com as aplicações regulares do veneno. Mas o pior estava por vir: o uso prolongado revelou-se tóxico para os mamíferos. Descobriu-se que o DDT tem a capacidade de se acumular no tecido gorduroso dos animais e, em longo prazo, causar gravíssimos problemas de saúde, por exemplo, alterações no sistema nervoso. A suspeita mais grave é a de que seja uma substância carcinogênica, ou seja, causadora de câncer. Os resíduos do DDT provocaram contaminação planetária: há vestígios de DDT até em focas e pinguins da Antártida, região em que não foi usado. E a situação se agrava, pois, esse produto é quimicamente estável e permanece no ambiente dezenas de anos sem ser alterado. Por isso, o DDT tem sido

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ck o st n ti a /sL i rb o C / n o it a d n u o F yr o ts i H l a c rit c e l E f o ll a H ; m u e s u M y d a tc e n e ch S

No ano 2012, o“buraco na camada de ozônio” (mancha azul-escuro) atingiu uma área de 28,6 milhões de km2, deixando os cientistas preocupados. Em setembro de 2002, ela havia diminuído. No entanto, voltou a aumentar. E o futuro, o que nos reserva? 133

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proibido em muitos países.que até os dias atuais estampam manchetes nos Um segundo exemplo jornais. Em 1930, o químico estadunidense Thomas Midgley Jr. [1889-1944] demonstrou que o diclorodifluormetano (CCl F ), era um gás inerte (não reativo) 2 2 Os bens de consumo produzidos em e não tóxico, possuindo propriedades refrigerantes, de ação resfriatória. Esse gás nome do conforto da sociedade podem, iropermitiria a substituição de gases refrigerantes usados na época em aparelhos nicamente, significar um grande desconforto no de refrigeração, como a amônia e o cloreto de metil, que são muito tóxicos futuro. Esse fabricante de geladeiras certamente e que haviam provocado a morte de muitos trabalhadores em indústrias de não imaginaria isso em 1958. refrigeração. O uso do novo tipo de gás e de outros com estrutura semelhante, os quais se caracterizam pela presença, em sua composição, de átomos de carbono, flúor e cloro, por isso denominados de clorofluorcabonetos (CFC), já vinha sendo introduzido anos antes. Depois da Segunda Guerra Mundial, a produção dos CFCs aumentou numa escala significativa. Diversas substâncias de composição similar foram produzidas e utilizadas pela indústria como propelente de aerossóis – vapor pressurizado com um líquido para favorecer a saída de um ambiente sob pressão – e gás refrigerante de geladeira, como agentes para expandir plásticos e solventes para limpar circuitos eletrônicos. A produção chegou a atingir 750 mil toneladas em 1970. Na mesma época, começaram a surgir dados que demonstravam a redução da camada de ozônio na atmosfera e muitos estudos foram desenvolvidos para identificar as causas da destruição do ozônio na estratosfera. Em 1974, os químicos Mário J. Molina [mexicano, 1943] e F. Sherwood Rowland [estadunidense, 1927-2012] comentaram, pela primeira vez, que o ozônio poderia ser destruído pelos gases conhecidos como freons, os quais são constituídos por moléculas de CFC e que esse problema não poderia ser revertido a curto prazo. A afirmação de Molina e Rowland surpreendeu a comunidade científica, porque os CFCs são substâncias estáveis e de baixa toxicidade. Mas estudos posteriores comprovaram a tese defendida por eles em 1995, eles ganharam o prêmio Nobel.

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r e t n e C t h ig l F e c a p S d r a d d o G / A S A N

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ck o ts n ti L/a yr ra ib L to o h P ce n ie c S

Algumas substâncias que foram desenvolvidas para substituir os CFCs são os hidroclorofluorcarbonetos (HCFCs) e os hidrofluorcarbonetos (HFCs). A vantagem dessas substâncias é que, por serem menos estáveis, são degradadas antes de alcançar a estratosfera. O problema é que elas também oferecem grande desvantagem: contribuem para o aumento do aquecimento global de maneira mais intensiva do que o dióxido de carbono (CO 2). Outros substitutos para os CFCs estão sendo pesquisados, mas não é uma substituição simples: colocá-la em prática requer pesado investimento das Por causa da destruição da camada de ozônio, os gases das modernas geladeiras não contêm CFCs. Será que esses gases não vão nos trazer novos problemas?

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

A focomelia é uma deformidade em que as mãos estão diretamente ligadas aos ombros, e os pés aos quadris, como as nadadeiras da foca, daí o nome focomelia. A sua incidência aumentou drasticamente entre mães que fizeram uso, por indicação médica, da talidomida, durante a gravidez. A ética da vida significa pensar na garantia da vida saudável para as uturas f gerações e não só no conforto da atual. s n o m m o C e vi t a re C s/i n a tl u o S C s o in t n a ts n o K

indústrias, trocar máquinas por outrosque queprecisam não utilizem tais gases. eequipamentos Esses dois exemplos chamam a atenção para a limitação do uso das tecnologias. É fato que o desenvolvimento tecnológico foi responsável pelo aumento da expectativa e da qualidade de nossas vidas. Entretanto, o uso de novas tecnologias tem provocado diversos problemas, muitas vezes em maiores proporções do que eles têm resolvido. Para contornar a situação, têm-se adotado medidas de testes antes de se aprovar o uso de determinada tecnologia. Mas essas medidas, nem sempre funcionam adequadamente. Vejamos o exemplo do caso do uso daalidomida, t medicamento usado no tratamento de enjoos e comercializado durante o fim da década de 1950 e início da década de 1960, que provocou elevado número de nascimentos de crianças com focomelia (malformação congênita rara, normalmente estimada em 1 caso em quatro milhões de nascimentos). Há registros de que cerca de 8 mil crianças, em aproximadamente 20 países, nasceram com anormalidades relacionadas a essa deformidade, pois suas mães fizeram uso de talidomida durante a gravidez. O grande problema foi aindústria farmacêutica, que produzia a talidomida, ter divulgado entre os médicos, para sua comercialização, resultados de pesquisas sobre a eficiência e a qualidade do medicamento, conduzidas de forma duvidosa. Além disso, durante muito tempo, a empresa ocultou os dados que demonstravam o efeito teratogênico da droga comercializada. Depois desse caso, houve mudanças na legislação brasileira, tornando mais rigoroso o processo de liberação de medicamentos. Há quem diga que existe excesso de exigências que atrasa os resultados de pesquisas, demorando a trazer benefícios para a população, além de encarecer os medicamentos. Esse é outro debate da atualidade: a busca do equilíbrio entre o avanço tecnológico e os seus riscos. No centro do debate está a questão do que é priorizado nos processos decisórios. Ficou evidente que, no caso da talidomida, o fator econômico foi o que moveu a empresa a comercializar um produto inseguro. E fica a dúvida, será que isso não teria acontecido também com outros medicamentos? Há muito tempo, muitas sociedades têm procurado banir a prática da exploração econômica de seres humanos. Políticas de combate a essa prática estão em desenvolv imento em nosso país contra a escravidão de trabalhadores rurais, a exploração sexual de crianças e adolescentes e o tráfico internacional de mulheres para exploração sexual. Ocorre que, como fruto da tecnologia da Engenharia Genética, abriu-se um novo e poderoso mercado de comercialização da vida, por meio do 134

mercado negro de tráfico de órgãos, embriões, animais e outros. Daí surge outra questão ética por trás da mercantilização: a quem se deve destinar os benefícios dessa tecnologia. Todas as novas tecnologias precisam ser testadas.E quem serão as cobaias? Os animais de laboratório, que não têm como opinar? Como garantir um padrão de confiabilidade? O uso de cobaias é muito comum nos estudos farmacológicos, mas existe um movimento dos defensores dos animais que protestam contra essa prática. Alguns dos tratamentos estéticos da moda ainda não tiveram seus resultados ou possíveis efeitos colaterais estudados cientificamente. De certa forma, quem os adota também está sendo usado como cobaia. Toda sociedade possui valores que norteiam o seu comportamento, delimitando

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

o que é certo e errado nas mais variadas situações. O campo do conhecimento que estuda esses valores chama-se Ética. Em todo o mundo prega-se a necessidade de haver ética na política, nos esportes, no ambiente de trabalho. Mas o que significa isso na prática? E no campo da Ciência, o que é ser ético? A resposta não é tão simples quanto parece à primeira vista, pois os valores éticos estão intimamente ligados à cultura e aos conhecimentos de um povo, e esses mudam conforme o lugar e a época.Quer um exemplo? Há alguns anos, parecia algo muito correto usar animais de laboratório para testar produtos químicos, sobretudo, remédios e cosméticos que seriam, depois, utilizados por seres humanos. O teste é necessário para definir em que concentração um produto pode ser eficiente, sem, no entanto, causar reaçõe s ou efeitos colaterais que inviabilizem seu uso. Assim, antes de lavar o cabelo do bebezinho com um xampu, cuja fórmula não irrita seus olhos, por exemplo, os laboratórios pingavam esse produto diretamente nos olhos de coelhos. Se eles suportassem bem o xampu nos olhos, sem irritação, significaria que o produto poderia ser usado sem risco também na criança. Naturalmente, até se chegar a uma fórmula bemsucedida, muitos coelhos sofreram e tiveram seus olhos irritados. Essas e muitas outras questões, como a clonagem humana, o teste de medicamentos e as vacinas em comunidades pobres e grupos minoritários, são muito polêmicas. Elas envolvem um debate ético, que deve ser assumido por toda a sociedade. Desse debate surgiu a Bioética, um campo de estudo que se refere à ética das ciênciasda saúde e do ambiente, propondo a adoção de códigos de ética para tratar de questões como medicamentos, aborto, eutanásia, genoma humano, alimentação, entre outros. A Bioética se configura como um campo interdisciplinar que vai além da área médica, permeando Se a ciência e a indústria não utilizarem outras áreas, como a Psicologia, a Antropologia, o Direito, a Biologia, a animais como cobaias , como poderão tesEcologia, a Sociologia, a Tecnologia, a Filosofia e outras. tar novos produtos químicos antes de usáContudo, mais do que discutir a ética dos procedimentos polêmicos, os -los em seres humanos? Mas isto é ético? cientistas buscam alternativas de testes que possam ser implementadas e, ainda assim, garantir a preservação da saúde do ser humano. Na produção de cosméticos, por exemplo, é possível substituir os testes com animais por estudos in vitro (em tecidos orgânicos não vivos) e recorrer às técnicas avançadas, como as simulações em computadores. Essas novas ferramentas, associadas a uma maior preocupação global com o ambiente, inclusive a fauna, têm diminuído muito a utilização de cobaias animais em pesquisas. É a partir da discussão ética que a sociedade exige novas pesquisas e soluções para problemas que vão surgindo. Se não tivermos a prática de questionar nossos atos e atitudes, podemos simplesmente reproduzir ações que privilegiam a inversão de valores, sobretudo, quando é o consumo que está em questão. 135

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a .u rg o . 6 8 9 t1 ya p ri p

3 O L U ÍT P A C

Cidade de Chernobyl, 2009. A catástrofe de Chernobyl lançou na atmosfera uma quantidade de radiação centenas de vezes maior do que em Hiroshima. Há grande divergência quanto à quantidade de pessoas afetadas direta ou indiretamente. Só ficou um consenso: manipular material radioativo é pior do que brincar com fogo.

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ck o st n ti a L s/r te u e R / o d o y K

Pois é, as contribuições que a Química trouxe na modelagem da vida implicam reflexões que precisam ser feitas por toda a sociedade, das quais devem participar a família, a comunidade, o Estado, a Justiça, os cientistas, as igrejas, as entidades de classes, as sociedades civis. Uma questão, contudo, precisa estar sempre presente: o direito universal à vida. Afinal, o antigo sonho do alquimista estava na longevidade da vida. Não há maior beleza que a própria vida. Muitas tecnologias já foram testadas e já se conhece os seus efeitos danosos no ambiente e o seu uso tem sido liberado desde que medidas preventivas sejam adotadas no seu uso. Vejamos um outro caso. As usinas nucleares consistem em uma fonte de energia que não gera os mesmos problemas ambientais provocados pelos combustíveis fósseis, como os derivados do petróleo eo carvão, cujos gases resultantes de sua combustão contribuemambientais. para o aquecimento globalde e causam uma sériedesenvolvidos de outros problemas Diversos sistemas segurança foram nas edificações das usinas nucleares para evitar acidentes. Todavia, existem relatos de vários acidentes com usinas nucleares. Os dois maiores foram o de Chernobyl e o de Fukushima. O primeiro, provocado por falha humana e o segundo, por um tsunami causado por um terremoto. O acidente de Chernobyl acarretou a morte de milhares de pessoas (são estimadas 28 mil), deixando muitas outras sofrendo graves consequências ocasionadas pelos efeitos da exposição à alta taxa de radiação. Muitas pessoas morreram imediatamente após o acidente. Outras morreram dias depois, em consequência da intensa exposição. Muitas crianças e adultos contraíram leucemia, após lesões na medula óssea. Mulheres grávidas de até quatro meses tiveram filhos apresentando malformação genética. O acidente de Fukushima provocou o vazamento de radiação em níveis perigosos, contaminando cerca de 150 mil quilômetros quadrados e obrigando aproximadamente 200 mil pessoas a abandonarem a região. Embora mais de 20

mil pessoas tenham sido expostas à radiação apenas oito receberam uma radiação muito elevada. Todavia, há um registro, desde o acidente, de quase uma morte por dia da população que foi desalojada e sofre em decorrência de estresse e das dificuldades que enfrentam, atualmente, em função de sua remoção. O acidente deFukushima reacendeu o deOs dois exemplos demonstram que, por maiores que sejam os sistemas de bate sobre o uso da energia nuclear como pro- segurança, sempre haverá um risco. vedora da eletricidade na sociedade moderna. Vejamos agora um último exemplo em que os riscos são incertos, mas o Alguns cientistas afirmam que esse tipo de fon- potencial de ocorrência é grande. Trata-se do caso dos transgênicos. te é vulnerável, porém ainda é inevitável para Transgênicos são plantas, animais ou microrganismos cujo código genético a produção de energia em muitos lugares do foi modificado, em laboratório, por processos de biotecnologia. São também mundo. Você acredita nisto? conhecidos como Organismos Geneticamente Modificados (OGMs). Geralmente, a modificação consiste na inserção de um gene de outra espécie, com o objetivo de conferir ao OGM alguma característica interessante, do ponto de vista econômico, como maior produtividade ou maior resistência a pragas. É o que acontece, por exemplo, com o algodão, que recebe um gene da bactéria Bacillus thuringiensis (Bt). Esse gene induz a produção de uma toxina que torna a planta mais resistente ao ataque de insetos. Na aparência, uma planta transgênica não difere de uma normal. Na maioria dos casos, só os técnicos conseguem saber a diferença por meio de análises específicas. Parece, portanto, uma planta comum. Inofensiva? Os ambientalistas Usina de Fukushima, data,2012. dizem que não. 136

A utilização de transgênicos na agricultura possibilita aumento da produtividade e, consequentemente, dos lucros dos agricultores. Do ponto de vista ambiental, alguns OGMs requerem o uso menos intensivo de agrotóxico, o que os torna menos agressivos. Mas, por outro lado, há riscos tanto para a saúde humana quanto para o ambiente de uma forma global, pois, não se conhecem todas as características do que está sendo produzido nem seus possíveis efeitos sobre a saúde humana. Há argumentos de que transgênicos poderiam cruzar acidental e naturalmente com espéciescomuns, transmitindo suas características genéticas. Imagine uma soja resistente a herbicida transmitindo essa capacidade a uma erva daninha...

tit u m e D yl e H

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Você saberia dizer se essa folha é de sojatransgênica? i tt u m e D yl e H

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

De acordo com o Decreto Federal 4 680/03, o produto que contém acima de 1% de ingredientestransgênicos em sua composição deve ser rotulado com o símbolo acima. Grãos, verduras, legumes e frutas modificados geneticamente têm como aspecto positivo maior durabilidade após a colheita e, assim, podem resistir melhor a transportes prolongados. A incerteza dos riscos que esses alimentos podem oferecer à saúde e ao ambiente é que torna o seu uso polêmico.

Tomada de Decisão 1. Os agroquímicos, como o DDT, são agrotóxicos ou defensivos agrícolas? Apresente argumentos para justificar sua resposta. 2. Os CFCs representaram maior segurança para o uso de refrigeradores . Não se sabia do seu efeito na camada de ozônio. Você acha que o uso do CFC deveria ter sido liberado na ocasião? Justifique sua resposta.

3. Como a empresa que comercializou a talidomida deveria ser julgada? Quais deveriam ser suas penalidades? 4. O uso de materiais radioativos tem propiciado a cura e o prolongamento da vida de milhares de pessoas que sofrem de câncer. A manipulação de material radioativo pode provocar acidentes, como já ocorreu em vários casos, como o acidente radioativo de Goiânia. Nesse sentido, você acha que uso dessa tecnologia, para tratamento de câncer, deveria ser banido? 5. Apesar do acidente de Chernobyl e de Fukushima, atualmente estima-se que existam cerca 400 usinas nucleares em cerca de 30 países em funcionamento. Você acha que as usinas nucleares deveriam ser banidas? Justifique sua resposta. 6. Pesquise sobre argumentos a favor e contra o uso de OGMs. Com base nos casos descritos no texto acima, apresente o seu posicionamento sobre a liberação do uso dos OGMs, avaliando a sua decisão, por meio das seguintes questões: (i) A sua decisão pode ser prejudicial a alguém? Como? (ii) Você está informado suficientemente para tomar essa decisão? (iii) Que pessoas ou grupos envolvidos deveriam ser consultadas para opinar sobre essa questão? (iv) Qual opção irá produzir o maior bem e trazer o menor dano? (v) Qual opção respeita melhor os direitos de todos os envolvidos na situação? (vi) Qual opção atende melhor a comunidade como um todo e não apenas algumas pessoas? (vii) Considerando todas as questões anteriores, qual a opção que melhordeaborda (viii) Como pode a minha decisão ser implementada com maior cuidado e atenção às preocupações todas aassituação? partes interessadas?

Ação e Cidadania 1. Debata sobre as questões levantadas por meio de simulação de papéis de estudiosos de diversas áreas científicas e representantes comunitários, como religiosos, associações comunitárias, ambientalistas, políticos e trabalhadores. 137

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Revisão para a prova

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Um passo importante na evolução de nossa civilização foi

em experiências bem elaboradas e controladas, utilizando balanças de alta precisão, ele mediu a variação de massa durante a combustão de diversas substâncias. Os experimentos realizados demonstraram que: a) A teoria do flogístico estava correta. b) A Química é uma ciência experimental e que depende de balanças de alta precisão em seus experimentos. c) A queima é uma reação com o oxigênio e que a cal metálica da teoria do flogístico era, na verdade, uma nova substância. d) Existe sempre uma nova forma de estudar os processos

tão, a obtenção de metais, ocozimento de alimen tos, oe processo de curtição do couro, a fabricação devidros cerâmicas, a obtenção de drogas e medicamentos etc. 4. 2) O domínio dos conhecimentos práticos de transformações de materiais por civilizações primitivas se deu, muitas vezes, por técnicas executadas em rituais religiosos ou de magia, realizado pelos alquimistas. 3) Aos conhecimentos práti cos se somaram conhecimentos de sábios que permitiram melhor compreensão e maior domínio de diferentes processos de transformação. Surgiram, então, as bases da Alquimia em diversas civilizações, diferenciando-se pelas concepções de mundo de cada cultura. 4) A Alquimia nãoteve umaúnica basede conhecimento. Por isso, historiadores têm até dificuldade de defini-la claramente, considerando-a como doutrina, filosofia ou arte. 5) A origem da Alquimia nem sempre esteve relacionada ao ofício prático de transformações de materiais. 2. A principal característica dos campo s de conhecimento que se tornaram Ciência, como as Ciências Sociais (História, Geografia, Sociologia) e as Ciências da Natureza (Física, Biologia, Química), está na forma sistemática de desenvolver seus estudos. A este respeito, considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. 1) O novo método científico que se consolidou na modernidade é o que chamamos Ciência moderna. 2) Existe somente um único método em Ciências, os quais são acordados entre os próprios cientistas que decidem a forma como aceitam ou refutam os estudos de sua área. 3) Um método clássico e ainda utilizado nas Ciências Naturais, apesar de não ser o único, consiste na realização da sequência organizada de etapas para o estudo de fenômenos: observação do fenômeno, elaboração de hipóteses, teste das hipóteses, generalização e proposição de uma teoria explicativa para o fenômeno. 5. 4) A hipótese apoia-se em uma afirmação definitiva para explicar determinado fenômeno. 5) Como as hipóteses são afirmações positivas sobre os fenômenos não podem ser testadas por meio de experimentos. 3. No século XVII I, surgiram melhores explicações para a combustão. Antoine Laurent Lavoisier [1743-1794] percebeu a importância do oxigênio para esse processo. Com base

químicos quando se usam laboratórios adequados e equipamentos sofisticados. Historiadores das Ciências divergem quanto ao período e aos fatos que marcaram a Revolução Química. Porém, muitos concordam que essa revolução culminou, de fato, com o Traité élémentaire de Chimie (Tratado Elementar de Química), publicado por Lavoisier em 1789. Nesse livro, Lavoisier apresenta uma def inição operacional para elemento químico , rompendo com a concepção da teo ria dos quatro elementos de Aristóteles e com a teoria do flogístico. A este respeito, considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. 1) A revolução promovida por Lavoisier se caracterizou pelo fato de os químicos passarem a utilizar um método c aracterístico de investigação, que não tinha uma linguagem própria, mas um sistema lógico e prático para estudar e explicar os processos. 2) Ao utilizar um método característico de investigação, uma linguagem própria e um sistema lógico de teorias para estudar e explicar os processo s, cientistas da Idade Média contribuíram para o surgimento da alquimia. 3) Profundas mudanças culturais e sociais daquela época, inspiradas nos ideais dos iluministas advindos da Revolução Industrial e da Revolução Francesa, contribuíram para o surgimento da Filosofia alquímica. 4) É correto afirmar que a Química é uma ciência nova, já que seu nascimento se deu há pouco mais de 200 anos. 5) Historiadores das Ciências afirmam que a Quím ica se originou da revolução do modo de pensar a matéria. 6) O químico brasileiro Vicente Seabra, em seus livros: Estudos de Fermentação, Dissertação sobre o Calor e Elementos Químicos , apresentou resultados que confirmaram a teoria de combustão de L avoisier, a qual derrubava a teoria do flogístico.

quando o pensamento mágico e mitológico para as respostas sobre nossa existência e mundo que nos cerca com eçou a ser substituído pelo pensamento racional, como os da Filosofia. Desse pensamento racional surgiu o pensamento científico, ao qual a Química está vinculada. A respeito da história do nascimento da Ciência Química, considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. 1) Historicamente, foina busca de dominar osprocessos químicos cotidianos, que uma série de tecnologias químicas foram desenvolvidas, como: o controle da combus-

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Se de uma substância obtêm-se outras, significa que essa substância tem uma composição que pode ser desmembrada em outras substâncias mais simples. Assim, podemos dizer que existem duas categorias de substâncias: as que podem ser desmembradas em o utras, chamadas substâncias compostas, e as que não possibilitam desmembramento, as substâncias simples. A este respeito, considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas.

1) Muitas outras substâncias podem sofrer decomposição, propriedades físicas e valor comercial também diferentes. ou seja, podem ser transformadas em mais de uma subs8. Observe a seguinte equação química de combustão do carvão: tância por processos químicos. C(s) + O2(g) → CO2(g) 2) O açúcar, ao ser aquecido produz carvão, gás carbônico e água, todas substâncias simples. Levando em consideração a leitura de uma reação química, 3) Os metais (cobre, alumínio, zinco, ouro, prata etc.), os é CORRETO o que se afirma em: gases (nitrogênio, hélio, neônio, argônio etc.), o enxofre a) O carvão, substância composta, é constituído por átomos do e a grafita são exemplos de substâncias compostas. elemento químico carbono, que se encontra notado es sólido. 4) A maioria dos combustíveis é constituída por substâncias b) O carvão reage com o gás oxigênio, que é uma substâncompostas que, ao serem queimadas, se decompõem em cia composta constituída por moléculas que contêm dois outras substâncias, como o gás carbônico (CO 2) e a fuliátomos do elemento químico oxigênio. gem (C), todas substâncias simples. c) Produz uma substância composta dióxido de carbono, 5) Cobre (Cu), zinco (Zn) e alumínio (Al) são exemplos de substâncias compostas. chamada gás carbônico. d) também Os reagentes destadeequação estão depois da seta. ta apresentada pelo químico italiano Stanislao Cannizzaro 9. Observe a seguinte equação química: [1826-1910] e desenvolvida décadas antes pelo químico italiano 2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g) Amedeo Avogadro [1776-1856]: a designação de molécula para A substância composta, que possui elementos químicos na as partículas que constituem as substâncias. Contudo, hoje, mesma proporção na molécula, é: o termo “molécula” tem outros significados. A esterespeito, a) H2O2. c) O2. considere C para as afirmativas corretas eE para as erradas. b) H2O. d) Todas substâncias represen1) Os químicos podem caracterizar as substâncias por um tadas na equação possuem o conjunto de propriedades ou pela sua constituição. mesmo índice (2). 2) As substâncias são representadas por fórmulas que indicam seus constituintes. 10. Medidas são, sem dúvida, fundamentais em nossa socieda3) Substância é uma porção de matéria constituída por vários de. Elas estão presentes desde as civilizações pré-históricas e, tipos de constituintes. atualmente, são a base das atividades comerciais, dos proces4) Os constituinte s das substâncias são formados p or átomos sos tecnológicos e uma das ferramentas principais para a elaisolados ou combinados entre si. boração de modelos científicos. Nesses processos, efetuamos 5) Cada tipo de átomo é denominado elemento químico e medidas de comprimento, volume, massa, tempo, entre outras.

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6. Em 1860, em congresso científico, adotou-se uma propos-

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possui um tipo de fórmula. 6) Substância simples é um tipo de substância formada por átomos de qualquer elemento químico. 7) Substância composta é um tipo de substância formada por mais de cinco elementos químicos. 7. Como toda Ciência, além de seus métodos investigativos e suas teorias e modelos, a Química apresenta uma linguagem própria, rica em símbolos e regras diferentes da linguagem comum. A este respeito, considere C para as afirmativas corretas e E para as erradas. 1) Alguns elementos químicos são representados por símbolos que derivam de seus nomes em latim. 2) O símbolo é, normalmente, a primeira letra do nome em latim, escrita em maiúscula.. No caso de haver dois ou mais elementos que começam pela mesma letra, uma segunda ou terceira letra do nome é usada, também

Ae Eeste respeito, julgue os itens considerando C para os corretos para os errados. 1) Grandeza é um atributo (característica) de algo do universo físico que pode ser medido de alguma forma. 2) Toda grandeza é representada por um número seguido de uma unidade de medida. 3) O número representa quantas vezes essa grandeza é diferente do padrão de medida utilizado. Uma caixa de suco de 250 mL tem um volume de suco duzentas e cinquenta vezes maior que o mililitro, ou quatro (1000/200) vezes menor do que o litro. 4) Utilizamos as gr andezas mais convenientes para o que se deseja medir. Os líquidos, por exemplo, são medidos por seus volumes, embora também possam ser medidos por suas massas. 5) Não podemos utilizar diferentes unidades de medida para uma mesma grandeza.

3) maiúscula. O elemento químico oxigênio tem seu símbolo O2. 4) As substâncias químicas são representadas por fórmulas. 5) A fórmula química do elemento químico hidrogênio é H2. 6) A grafite e o diam ante são ambos for mados pela combinação de átomos de carbono, cujo arranjo dos átomos de carbono, no constituinte da grafite, é diferente da configuração dos átomos no constituinte do diamante. Portanto, são substâncias diferentes, com

O desenvolvimento da Ciência depende da construção 11. aparelhos cada vez mais precisos. Um exemplo típico foideo

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de Lavoisier que elaborou a Lei de Conservação da Massa com o aperfeiçoamento de balanças. Os dados obtidos em suas medidas demonstravam que, na natureza, havia conservação de massa, e que esta se mantinha constante. Existem diferentes métodos para fazer uma medição. Alguns são mais precisos, outros são menos precisos. Porém, mesmo os mais sofisticados sempre apresentarão alguma imprecisão.

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A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) A exatidão de um instrumento é sua fidelidade às próprias medições. 2) A precisão de um instrumento está relacionada à capacidade de medir um valor o mais próximo possível do real. 3) Existem três possíveis fontes de erro quando se tratam de medidas: o próprio instrumento, o método e o observador. 4) Um instrumento preciso sempre vai apresentar uma m edida real, com total exatidão. 5) A precisão de uma medida depende exclusivamente da

doprecisas instrumento utilizado. 6) leitura Medidas permitem a elaboração de modelos científicos precisos que correspondem à realidade do fenômeno estudado. 7) Teorias científicas correspondem a hipóteses que foram testadas e que, portanto, são afirmações verdadeiras e incontestáveis. 12. O físico e matemático italiano Evangelista Torricelli [1608 -1647] sugeriu que a atmosfera é con stituída por gases em constante movimento e que estes são capazes de exercer pressão sobre a superfície terrestre. Ele argumentava que ao estudar esses gases e o seu comportamento seria possível entender o comportamento do clima, e por este motivo dedicou-se a estudar a pressão atmosférica. A este, respeito julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Torricelli inventou um instrumento chamado barômetro, quebarômetro media a foi pressão atmosférica. 2) O considerado uma descoberta excepcional, com o qual é possível fazer previsões das condições climáticas. 3) Baseado no princípio do barômetro, foi desenvolvido o manômetro, utilizado para medir a pressão de gases e líquidos. 4) Um tipo particular de manômetro, denominado esfigmomanômetro, é utilizado para medir a nossa pressãoarterial. 13. A pressão é uma grandeza física que expressa a força exercida sobre um corpo por unidade de área. No caso dos gases, pressão é o resultado da força exercida em conjunto por suas partículas sobre a área do recipiente que os contém. A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) A pressão at mosférica varia em função de uma série de fatores, como a movimentação do ar (correntes de massas gasosas), a temperatura e a altitude. 2) Em elevadas altitudes, a quantidade de ar sobre a superfície terrestre é bem maior do que ao nível do mar e, por isso, na serra a pressão é maior do que na praia. 3) Fisicamente, a pressão (P) é expressa pela equação P = F/A. 4) A pressão atmosférica é maior em La Paz na Bolívia, cuja altitude é de 3 600 m, do que no Rio de Janeiro 140

que tem 0 m de altitude. 5) A unidade de medida de pressão, a atmosfera (atm), corresponde à pressão que equilibra uma coluna de mercúrio de 760 mm de altura a 0 °C e a 0 m de altitude (a referência é o nível do mar). Essa unidade de medida corresponde, no SI, a 101325 pascals (Pa). 14. O estudo do comportamento dos gases permite a compreensão do modelo atômico e, consequentemente os problemas relacionados à poluição atmosférica. Para esse estudo é necessário trabalhar com três grandezas que caracterizam o estado gasoso: pressão, volume e temperatura. A este respeito, julgue os itens, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) No caso dos gases, pressão é o resultado da força exercida, em conjunto, por suas partículas sobre a área do recipiente que os contém. 2) O volume é uma grandeza que mede o espaço o cupado por um determinado corpo. 3) A unidade de medida, no SI, da grandeza volume é o metro cúbico (m 3). 4) Temperatura é definida, de forma simplificada, como a quantidade de calor de um material, substância ou corpo. 5) As unidades de medidas utilizadas para a grandeza temperatura são Kelvin, Graus, Celsius. 6) Nos Estados Unidos e na Europa, utiliza-se a escala Fahrenheit (°F) para a grandeza pressão. 15. De modo geral, podemos dizer que os materiais são misturas de substâncias. A este respeito, os itens considerando e E parajulgue os errados. C para os corretos 1) O ar é um material heterogêneo. 2) A água filtrada é uma solução. 3) A areia da praia é um material conhecido como agregado. 4) O granito é um material homogêneo. 5) O solo terrestre é formado por misturas de diferentes substâncias. 16. Calibrar os pneus significa regular os níveis da pressão provocada pelos gases que os enchem. No automobilismo de competição, um pneu bem calibrado pode ser a diferença entre a vitória e a derrota. Assim, a volta de apresentação antes da largada da corrida não é só para mostrar os c arros, mas para aquecer os pneus e melhorar o desempenho. O aquecimento faz com que as moléculas dos gases contidas nos pn eus atinjam a temperatura que dará uma pressão ideal para toda a corrida. A explicação acima descreve uma das isocórica leis dos gases a) Transformação , quedenominada o corre em: volume constante. b) Transformação isobárica, que ocorre em pressão constante. c) Transformação isotérmica, que ocorre em temperatura constante. d) Transformação cinética, que ocorre em função da velocidade das partículas.

k c to rs e tt u h S I/ G C it r a b a D

Do atomismo aos modelos atômicos

4 O L U T Í P A C

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1 2

EVOLUÇÃO HISTÓRICA DO ATOMISMO

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A ELABORAÇÃO DO MODELO ATÔMICO DE DALTON O RESPEITO À DIVERSIDADE

AS LEIS DAS REAÇÕES QUÍMICAS NA CONSTRUÇÃO DO MODELO ATÔMICO

MODELO ATÔMICO DE THOMSON MODELO ATÔMICO PLANETÁRIO E AS PARTICULAS DO Á TOMO MODELO ATÔMICO DE BOHR

Representação de um modelo atômico.

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s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

1 Evolução histórica do atomismo ck to i/S v fm l a r e n e g

Sabe-se hoje que o átomo é constituído por subpartículas, como as identificadas em laboratórios sofisticados que provocam colisões entre as mesmas. Todavia, a crença na existência de que a matéria é formada por partículas seguiu um longo processo de construção do conhecimentos que envolveu uma grande comunidade de cientistas.

A PARE E PENSE

Quais foram os estudiosos que você lembra que propuseram a ideia de que a matéria é formada por átomos?

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

s n i o C e

s te o N

k n a B a m h c ra D

Demócrito. s n o m m o C a i d e m i ik W

Leucipo.

Teoria Cinética dos gases demonstra, por meio de regularidades no comportamento dos gases,que a matéria é constituída por partículas. Essa ideia é antiga e diversos estudiosos fizeram proposições, nesse sentido, ao longo dos tempos. As primeiras ideias propostas para a natureza da matéria surgiram ainda na Antiguidade. Os filósofos gregos foram os pioneiros no mundo ocidental a elaborar teorias para explicar a natureza do mundo e nossas relações com ele. Esses filósofos buscavam respostas às questões enigmáticas. Algumas persistem até hoje: De onde viemos? Para que existimos? Como tudo funciona ? Cerca de quatrocentos anos antes da Era Cristã, o filósofo grego Leucipo [século V a.C.] e seu discípulo Demócrito [470-360 a.C.] propuseram uma teoria que se referia à natureza da matéria. Para eles, a matéria não poderia ser dividida infinitamente, ou seja, qualquer porção de matéria poderia ser repartida em partes menores até atingir um limite. Ao atingir esse limite chegar-se-ia a pequenas partículas indivisíveis, as quais foram denominadas átomos (a = prefixo de negação, tomo = “divisão”). Essa teoria filosófica ficou conhecida como atomismo e, mais do que explicar a natureza do Universo, ela buscava dar resposta àsangústias humanas sobre sua natureza, apresentando uma explicação materialista para sua existência. Dois outros pensadores em diferentes épocas também desenvolveram ideias sobre o atomismo, o filósofo grego Epicuro [341-271 a.C.] e o filósofo latino Lucrécio [98-55 a.C.]. O atomismo proposto por Epicuro diferenciava do atomismo de Demócrito e Leucipo. Para Epicuro, os fenômenos da Natureza podiam ser explicados por forma, tamanho e movimento dos átomos. Mas a explicação sobre a natureza da matéria foi desenvolvida de forma diferente por outros filósofos. Para o filósofo grego Tales de Mileto, a água era a causa material, ou seja, o “elemento” do qual se srcinavam todas as coisas. Assim, o entendimento da natureza estava relacionado a esse “elemento” primordial, constituinte básico para formação dos demais materiais. Note-se aqui que o conceito de elemento para esse filósofo é diferente do conceito que a Química considera atualmente e que vamos estudar. Outros filósofos gregos propuseram que mais três “elementos” deveriam constituir a matéria básica. Anaxímenes [VI a.C.] propôs que o ar seria o “elemento” constituinte do Universo. Heráclito [cerca de 540-480 a.C.] considerou que, se a natureza é caracterizada pela mudança, então o

Demócrito e Leucipo foram os precursores da filosofia do atomismo, que explicava a natureza das coisas pela existência de partes indivisíveis: os átomos. 142

“elemento” essencial deveria ser o que apresentasse uma mudança notável. Propôs então o fogo como “elemento” básico. Empédocles [cerca de 490430 a.C.] juntou essas propostas e considerou que esses três “elementos” deveriam ser a base de todo o Universo. Em seus estudos posteriores, concluiu que não existiam apenas três “elementos”, mas quatro, e acrescentou a terra como quarto “elemento”. Aristóteles [384-322 a.C.], filósofo grego, modificou a doutrina de Empédocles, desenvolvendo uma teoria que passoua ser aceita pela maioria dos estudiosos da época (século IV a.C.) e continuou a ser durante muito tempo. De acordo com ele, o Universo seria formado pela combinação do que chamou “elementos fundamentais”: água, ar, fogo e terra. Tais “elementos” podiam se transformar uns nos outros pela mudança de suas propriedades e, ao se combinarem, davam srcem a todos os materiais. Para Aristóteles, toda matéria seria formada por um substrato, o qual se modifica pela mudança de suas propriedades e qualidades, que seriam quatro: quente, frio, seco e úmido. Essas qualidades se dispõem em pares contrários, resultando formas diferentes: quenteseco (fogo), quente-úmido (ar), frio-úmido (água) e frio-seco (terra). Trocando-se uma dessas qualidades, muda-se a forma da matéria.

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4 im g rb u i rFe f o y its r e vi n U

y n a rm e G , u a g is re B

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Ao ser aquecida, a água setransforma em ar, o qual pode inflamar D L N P O Ã Ç A G L U IV D

quando perde a qualidade de úmido, se transformando no fogo e assim por diante, como demonstra a figura a seguir. Com essa Aristóteles foi um dos mais influentes teoria, Aristóteles foi um dos críticos contrários ao atomismo e com isso, filósofos gregos. Contribuiu para a consolidação durante séculos, o atomismo não foi explorado como teoria para explicar a do pensamento lógico, que marcou a filosofia natureza da matéria. ocidental.

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quente-seco fogo

frio-seco

terra

ar

quente-úmido

água frio-úmido Para Aristóteles, as transformações dos elementos podem ocorrer pela troca de uma qualidade ou pela troca de suas qualidades, como as indicadas pelas setas do meio.

A teoria aristotélica teve ampla influência durante muitos séculos até Idade a

Média. Todavia, no século XV, estudiosos europeus encontraram escritos sobre O atomismo proposto por Pierre Gassendi o atomismo grego que reacendeu o interesse por alguns em aprofundar essa divergia do atomismo grego, mas ele foi um teoria. Embora, na época, ainda existissem preconceitos com esses estudos do dos pensadores que mais contribuiu para atomismo, que eram considerados desvinculados dosfundamentos religiosos, resgatar o atomismo inicialmente proposto assentados em princípios filosóficos aristotélicos. por filósofos gregos. 143

e u rq o I va o N tr, A f o m u e s u M n tia l o p ro t e M

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

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s e g a Im tyt e G / 6 1 1 1 r le ve a tr

Mesmo assim, vários filósofos, começaram a reelaborar teorias para a natureza da matéria, considerando-a constituída por corpúsculos.Defenderam teorias corpusculares, o filósofo francês Pierre Gassendi [1592-1655], o filósofo francês René Descartes [1596-1650], o físico e filósofo alemão Daniel Sennert [1572-1637], o químico e físico irlandês Robert Boyle [1627-1691] e o físico inglês Isaac Newton [1642-1727]. Desses, são destacados os trabalhos de Gassendi, na França, e de Newton, na Inglaterra, os quais defenderam que os átomos permitiam conceber o mundo regidopelo vontadade do Criador. Dessa forma, as teorias atomistas começaram a ter menos resistência,pois deixaram de ser vistas como teorias ateístas. Com isso, favoreceu-se a construção de novas teorias, com uma percepção mecânica damatéria, que ficaram conhecidas como corpuscularismo, termo que tinha menos rejeição do que o atomismo, que era

considerado uma filosofia ateísta. o que teve papel central em recuperar o Pierre Gassendi é considerado atomismo; suas proposições divergiam, de certa maneira, do atomismo grego. Newton é conhecido pela elaboração das Os trabalhos de Boyle e Newton foram marcados por estudos com base na Leis da Mecânica Clássica, todavia, dentre outros experimentação e no estabelecimento de relações matemáticas, que foram estudos ele desenvolveu uma teoria corpuscular para a matéria, considerando que ela é formada bem desenvolvidas por Newton. Boyle com dados experimentais apresenta uma nova concepção para elemento químico bastante diferente da teoria por partículas. As teorias com uma visão mecânica da matéria ficaram conhecidas como dominante na época dos quatro elementos aristotélicos. A noção de elemento corpuscularismo, termo mais aceito na época do químico, proposta por Boyle, rompia, então, com a visão anterior. Na sua teoria que o atomismo. corpuscular, ele considerava que os elementos químicos eram corpúsculos que seriam os componentes últimos dos corpos. Assim, para ele, os elementos seriam “perfeitamente homogêneos e simples” e não deviam ser formados por outros materiais. Em sua teoria mecânica, Newton descrevia o comportamento dos gases em relação às forças de repulsão das partículas, e estabelecia a diferença entre os estados físicos da matéria em função da posição relativa das partículas, sendo mais próximas no estado sólido do que no líquido e nesse, mais próximas do que no estado gasoso. Além disso, em sua teoria, Newton chegava a mencionar a relação entre as interações das partículas e as propriedades das substâncias e que a composição corpuscular seria responsável pela diferença entre as propriedades de diversas substâncias. Com o crescente prestígio das teorias de Newton e a sua influência no campo científico, o corpuscularismo desenvolvido por Boyle e Newton passou a ser estudado por vários filósofos no século XVIII, e com a perda de poder da igreja para a burguesia, muitos começaram a denominar essa teoria por atomismo, termo que já não tinha rejeição como antes. Destaca-se, como um dos principais trabalhos da época, o desenvolvido pelo químico irlandês William Higgins [1762-1825], que considerava a ideia de que cada elemento possui um tipo de átomo, e que esse diferia emmassa. Todas essas ideias contribuíram, de alguma forma, para a construção de uma nova teoria atômica desenvolvida pelo químico inglês John Dalton [1766-1844], a qual será abordada nopróximo capítulo.

Observe que a compreensão de Segundo como ocorrem químicas foi mudando com o tempo. a teoriaasdostransformações quatro elementos fundamentais, as transformações químicas ocorriam pela mudança de qualidades entre eles. Assim, o ar podia se inflamar ao perder a qualidade de úmido se transformando em fogo. Segundo os defensores do flogístico, a combustão acontecia pela liberação durante a queima do “elemento”, denominado flogístico. Já para os atomistas, as transformações químicas se dão pela combinação dos átomos, no caso da combustão pela combinação de átomos do gás oxigênio com os átomos dos constituintes do combustível. 144

2 As leis das reações químicas na

1

construção do modelo atômico ck to iS / k a zc i w d Lu ł a ch i M

2

3

4

As reações químicas , quer produzindo gases ou sólidos, seguem Leis que são explicadas pelo modelo atômico.

P D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ara entender como foi elaborado o modelo atômico, que constitui a base de toda a construção dos modelos, estudados hoje na química, vamos analisar o que ocorre com a massa das subst âncias quando sofrem uma transformação química. Da mesma forma que a partir de vários testes foi possível elaborar um modelo para o objeto que est ava dentro da caixa da atividade do capítulo 3, referente ao item “Construção do Conhecimento” (veja p. 108), a análise de dados quantitativos sobre as reações químicas permite fornecer elementos para a elaboração de modelos da natureza da matéria.

PARE E PENSE 6

Pelo que já foi visto sobre lei científica, o que você entende por lei de reação química?

7

Atividade Experimental Há variação de massa durante uma reação química? Este experimento lhe fornecerá evidências que foram utilizadas para a formulação da teoria atômica. Ele poderá ser demonstrado pelo professor ou realizado pelo grupo de alunos.

Materiais Uma folha de papel Palha ou lã de aço Grãos de arroz (ou pedaços de giz) Palitos de fósforo Uma balança (como a da figura ao lado)

tit u m e D yl e H :s to o F

Procedimento Parte A

1. Construa uma balança, como a da figura ao lado. 2. Coloque uma folha de papel amassada sobre um dos pratos da balança. 3. Equilibre os pratos da balança utilizando grãos

it t u m e D yl e H s: to o F

de arroz ou pedaços de giz. 4. Coloque fogo no papel. 5. Observe a combustão e anote o acontecido com o papel e com a sua massa. 145

5

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

Parte B

1. Coloque um pedaço de palha de aço sobre um

dos pratos da balança.

tit u m e D yl e H :s to o F

2. Equilibre os pratos dabalança utilizando grãos

de arroz ou pedaços de giz. 3. Coloque fogo na palha de aço. 4. Observe a combustão e anote o acontecido com a

palha de aço e com a sua massa.

Destino dos resíduos Os resíduos desta atividade podem ser descartados no lixo comum.

Análise de dados Explique o acontecido com a massa do papel após a combustão. Explique o ocorrido com a massa da palha de aço após a combustão. O que deve ter contribuído para a variação das massas do papel e da palha de aço? Imaginando que as duas reações sejam realizadas em recipientes fechados, explique o que aconteceria com as massas dos sistemas. 5. Se considerarmos que, em geral, não há variação de massa nas reações químicas, explique por que houve aumento da massa da palha de aço? 1. 2. 3. 4.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Lei da conservação das massas

O químico Antoine Lavoisier e Marie-Anne, a esposa e colaboradora. Sr. e Sra. Lavoisier, obra de Jacques-Louis David, 1788, acervo do Metropolitan Museum de Nova York (EUA). Óleo sobre tela, 259,6 × 196 cm. k r o Y w e t,N r A f o m u e s u M n ta il o p o tr e M

A análise superficial dos resultados do experimento anterior pode nos levar à interpretação equivocada sobre a variação de massa nas reações de combustão. No entanto, se aquelas reaçõesfossem conduzidas em recipientes fechados, os resultados demonstrariam que não há variaçãode massa durante a combustão. Essa constatação foi obtida em medições precisas, desenvolvidas em diversos tipos de reações químicas. O químico francês Antoine Lavoisier [1743-1794], com a colaboração da esposa Marie-Anne, realizou uma série de experiências que o levou à seguinte conclusão: a quantidade de massa antes e depois de qualquerreação é sempre a mesma. Por ter observado que esse fato se repetia invariavelmente na natureza, concluiu, então, que se tratava de uma lei. Veja o que Lavoisier escreveu a respeito: Podemos estabelecer, como um axioma, que em todas as operações da arte e da natureza nada é criado; existe uma quantidade igual de matéria antes e depois do experimento; a qualidade e a quantidade dos átomos permanecem precisamente as mesmas e nada acontece além de mudanças e modificações nas combinações desses átomos. Esse enunciado, que se aplica a todas as reações químicas, ficou conhecido como Lei da Conservação das Massas ou Lei de Lavoisier, que pode ser resumida pela frase: Na natureza nada se cria, nada se perde; tudo se transforma. 146

ck o str te t u h /S k a r o v D r e t e P

Na época em que a Lei de Lavoisier foi registrada, muitos químicos chegaram a duvidar de sua validade, pois observaram que na queima de algumas substâncias emateriais havia aumento da massa, enquanto na queima de outras havia diminuição. O grande mérito de Lavoisier foi ter descoberto que essas diferenças de massa se davam por causa da absorção ou liberação de gases durante as reações. Na combustão do papel, por exemplo, a massa do sólido diminui porque são formados gases, que são liberados para a atmosfera. Já na queima da palha de aço ocorre o inverso: há consumo do oxigênio do ar, o que produz uma substância composta de ferro e oxigênio, o óxido de ferro III. A massa da

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3

4

substância formada é, então, maior dodaqu e a massa–da de aço. O mesmo acontece na formação ferrugem os palha átomos de ferro combinam-se com os de oxigênio. Para compreender melhor essa lei, podemos esquematizar os dados dessas reações: papel m1 D L N P O Ã Ç A G L U IV D

+ gás oxigênio + m2 ferro + oxigênio m1 + m2

→ água + gases + cinza → m3 + m4 + m5 → óxido de ferro → m3

5

Muita gente pensa que nas reações de combustão há desaparecimento da matéria, mas, como em toda reação química, na combustão a massa dos produtos (gases, vapor de água e cinza) é igual à massa dos reagentes (o combustível e o comburente – gás oxigênio).

6

7

Observe que, segundo os dados, em ambas as reações, a soma da massa das substâncias reagentes é igual à massa das substâncias dos produtos.

Os esquemas o resultado da Lei da Conservação dasresumem, Massas oumatematicamente, Lei de Lavoisier, pela qual foi possível definir as regras necessárias para a realização de cálculos em análises quantitativas. Essa lei abriu caminho para outros estudossobre a relação entre as massas das substâncias durante as transformações químicas. Os resultados desses trabalhos experimentais, no fim do século XVIII e início do XIX, permitiram que vários químicos pudessem enunciar outras leis relativas à transformação da matéria: as denominadas leis ponderais das combinações químicas. A seguir, vamos estudar uma delas. i tt u m e D yl e H

i tt u m e D yl e H

it t u m e D yl e H

Medindo a massa da esponja de aço , antes e depois da queima, observa-se o aumento da massa do material sólido; mas, somandose a massa do gás oxigênio, que reage com o ferro, constata-se o previsto pela Lei de Lavoisier . 147

1

s o ic m tô a s lo e d o m s o a

Lei das proporções de massa FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

Construção do Conhecimento

o m is m to a o D

Considere os dados obtidos na reação de síntese da água. Na tabela 1, são apresentados os resultados de quatro experimentos; cada um deles com diferentes massas de reagentes.

4 O L U ÍT P A C

1. Reproduza a tabela 2 ao lado no caderno e faça os cálculos para preenchê-la.

2. Analise os dados obtidos, procurando identificar alguma regularidade.

TABELA 1 –VALORES DE MASSA EM REAÇÕES DE FORMAÇÃO DA ÁGUA Experimento 1 2 3 4

Massa de hidrogênio Massa de oxigênio g 2 g 16 g 18

g 10 g 16 11,1 g

g 80 g128 88,9 g

Massa de água

g 90 g144 100 g

TABELA 2 – RAZÕES ENTRE AS MASSAS EM REAÇÕES DE SÍNTESE DA ÁGUA Experimento

1 2 3 4

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Massa de hidrogênio Massa de oxigênio

2g/16g=0,125 zzzzzzzz

Massa de oxigênio Massa de hidrogênio

16g/2g=8

Massa de água Massa de hidrogênio

18g/2g=9

zzzzzzzz

zzzzzzzz

zzzzzzzz

zzzzzzzz

zzzzzzzz

zzzzzzzz

zzzzzzzz

zzzzzzzz

A análise dos dados da tabela 2 mostra que existe regularidade na proporção entre as massas dos reagentes e entre as massas dos reagentes e a do produto formado. Isto é, na síntese da água, a massa do oxigênio consumida na reação é sempre oito vezes maior que a do hidrogênio, enquanto a massa de água obtida é nove vezes a de hidrogênio consumida. A análise dos dados da tabela 1 revela que, ao se aumentar a massa de um reagente, é necessário aumentar a massa do outro na mesma proporção e, consequentemente, eleva-se também a massa do produto. Para extrair sal da água do mar , é necessário Como acontece o mesmo com todas as outras reações, outra lei ponderal foi proposta: assubstâncias reagem sempre na mesma haver bastante vento e radiação solar. Macau (RN) é o proporção. Se isso ocorre, significa que a composição química local com essas condições. da substância deve ser estabelecida na relação fixa de massa entre os átomos dos elementos que a compõem. Uma substância pode ser proveniente de diferentes fontes naturais ou ser obtida por diversos processos. Como exemplo, podemos citar o cloreto de sódio. Ele pode ser extraído da água do mar ou de jazidas da crosta terrestre. Pode também ser obtido em laboratório por meio de reações químicas. No entanto, seja qual for o método de obtenção, o cloreto de sódio, depois de purificado, terá sempre a mesma composição quantitativa, ou seja, a composição química é fixa. Foi a essa conclusão que chegou o químico e farmacêutico francês Joseph Louis Proust [1754-1826], quando mostrou que a composição do carbonato de cobre, independentemente da procedência ou do processo de preparação, era sempre a mesma. Por isso, em 1797, ele enunciouLeia das Proporções Definidas, que também ficou conhecida comoLei de Proust, e pode ser enunciada da seguinte forma: m e g a m I r a h l O /y r u o z A o d r ca i R

sr e h cr a e s e R to o h /P sr te n i W . D s e rl a h C

As substâncias reagem sempre na mesma proporção para formar outra substância. Os cristais de cloreto de sódio terão sempre a mesma composição: NaCl, independentemente de como forem obtidos. 148

Lei das proporções múltiplas

1

O químico sueco Jöns Jacob Berzelius [1779-1848] constatou que duas ou mais substâncias podiam reagir em proporções diversas, só que nesse caso as substâncias obtidas são diferentes. Dalton, estudando tais reações, obser vou que, se fixasse a massa de uma das substâncias, as massas das demais variavam em proporções expressas por números inteiros, para se obter produtos diferentes. Como exemplo, temos a reação de combustão do carvão. Nessa reação, podese obter o monóxido de carbono ou o dióxido de carbono. No caso, se fixarmos a massa do carvão em 12 g, por exemplo, a massa de oxigênio para obter o monóxido de carbono será de 16 g. Já para obter o dióxido de carbono serão necessárias 32 g, ou seja, ao fixar a massa do carbono, a massa do oxigênio variou em duas vezes para se obter o dióxido de carbono. Esses resultados foram confirmados por outros químicospara diversas reações químicas; portanto, eles foram generalizados na leiponderal, que ficou conhecida como Lei das Proporções Múltiplas de Dalton. A Lei das Proporções Múltiplas pode ser enunciada da seguinte forma: Quando duas substâncias reagem em proporções diversas (para formar mais de uma substância composta), existe uma relação simples entre as várias massas de uma delas que reage com uma mesma massa da outra. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

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Resumindo as leis das reações químicas As leis estudadas até aqui referem-seàs relações entre as massas dos reagentes e produtos, e por isso, ficaram conhecidas como leis ponderais das reações químicas. Delas podemos estabelecer as seguintes relações:

Se a substância a substância as substâncias A reagiremcom B, formando C e D, as massas das substâncias diferentes experimentos comportar-se-ão conforme os esquemas: A exp.: 1a exp.: 2a

+ m m

B

C mC mC’

→

mB mB’

A A’

+

D mD mD’

Pela Lei de Lavoisier: mA mA’

+ +

mB mB’

= =

mC mC’

+ +

mD mD’

Pela Lei de Proust: mA/(mA’) = mB/(mB’) = mC/(mC’) = mD/(mD’) Sendo ainda que a substância A reaja com a substância B, podendo produzir a substância E ou F, então teremos: A + B exp.: 1a m A A + B exp.: 2a m A Pela Lei de Dalton:

E mE F mF

→

mB →

mB’

mB/mB’ = no inteiro

149

3 A elaboração do modelo

s o ic m tô a s lo e d o m s o a

atômico de Dalton ck o t rs e tt u h /S va ro a h u h z o K . G a iy n o t n A

o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

Modelos são representações. O modelo elaborado por Dalton, com a contribuição de vários cientistas, pode ser representado por bolas de bilhar, em que átomos diferentes teriam tamanhos diferentes.. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

PARE E PENSE

Se o átomo não é visível mesmo com instrumentos ópticos, como Dalton pode demonstrar que a matéria é formada por átomos?

C

om a Revolução Industrial, surgiram várias indústrias químicas. Nessas, os conhecimentos advindos da experimentação química começaram a ser aplicados para resolver problemas técnicos de produção. As indústrias começaram a investir na construção de laboratórios e na investigação científica. Para o industrial capitalista, o fundamental era aumentar

a produtividade, ou seja, produzir cada vez mais com redução de custos. Assim, foram feitos enormes investimentos científicos, os quais geravam resultados de aplicação imediata, aumentando o lucro dos empresários. Nesse período, a técnica e a ciência passaram a caminhar juntas, de modo que os resultados do conhecimento científico começaram a ser aplicados na indústria, e, por sua vez, esta começou a exigir o estudo de outros problemas. Com o desenvolvimento de novas técnicas, mais conhecimentos surgiram e, assim, a tecnologia foi influenciando o desenvolvimento da ciência e vice-versa. Dentre os problemas que surgiram na época da Revolução industrial estava o desafio enfrentado pela indústria metalúrgica, que tinha de produzir obtendo maior rendimento em suas reações. Buscava-se maior quantidade possível de metal a partir dos minerais, economizando carvão e demais materiais que reagiam com os minérios no processo metalúrgico. Nesse sentido, o estudo que vinha sendo desenvolvido pelas leis ponderais poderia fornecer informações relevantes no processo de determinação dos cálculos químicos feitos nas indústrias. Daí surgiu a necessidade de elaborar um modelo que explicasse a natureza da matéria e permitisse previsões mais precisas das reações químicas. Foi nesse contexto histórico que surgiu a teoria atômica de Dalton, o qual estava muito envolvido com estudos metereológicos. Não se sabe, exatamente, como Dalton desenvolveu sua teoria e tem até quem considere que ela foi resultante mais de ideias intuitivas do seu autor, do que de deduções rigorosas. Há historiadores que demonstram que Dalton tomou como referência os estudos de gases do químico inglês William Henry [1774-1836], comWilliam o qualHenry Daltondesenvolveu trabalhou emsuas investigações solubilidade gases em água. investigaçõede s com objetivo de de produzir água gaseificada para a indústria química de sua família. Mesmo que tenha sido por intuição, certamente os vários estudos da época contribuíram para a formulação de sua teoria e após a sua publicação, os que a defenderam,

como o seu próprio autor, em algum momento evocaram as leis ponderais para justificar a teoria atômica de Dalton, inicialmente proposta em 1803, tendo sido desenvolvida, de forma mais completa, com rigor, no seu livro “Novo Sistema de Filosofia Química”, publicado em 1808. 150

Apesar da existência anterior de teorias corpusculares e atomistas para explicar o comportamento da matéria, foi a teoria de Dalton que encontrou condições históricas e sociais favoráveis para que fosse, posteriormente, consagrada pela comunidade científica. Porém, a aceitação científica dateoria atômica de Dalton não foi imediata e nem tão tranquila; ela dividiu opiniões da comunidade. Exemplo dessa controvérsia pode ser ilustrado pelo químico francês Jean-Baptiste-André Dumas [1800-1884], que foi um dos primeiros a aceitar as ideias de Dalton, mas depois disseque se pudesse apagava a palavra átomo da ciência. Isso porque considerava o átomo uma ideia especulativa, sem confirmação experimental. Assim, o trabalho de Dalton foi amplamente debatido pela comunidade científica, com apoiadores eopositores tanto químicos quanto físicos famosos

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da época. Somente a partir da segunda metadeque do tal século XIX era é que a comunidade de químicos começou a reconhecer modelo bast ante plausível. O que teve papel importante para isso foram os resultados do famoso congresso de Karlsruhe. A história da controvérsia em torno da teoria atômica de Dalton ilustra bem a influência de fatores sociais e políticos, presentes nas decisõ es da comunidade científica. O influente químico francês Marcelin Pierre Eugène Berthelot [1827-1907] combateu o atomismo. Ele foi também um influente político, que ocupou cargos de destaque no governo e com sua influência política afastou atomistas que ocupavam postos dedestaque no governo, bem como influenciou a adoção de nomenclaturas vinculadas às suas teorias. Por outro lado, no Boletim da Sociedade Química de Paris , registrava-se, na época, que os químicos franceses se dividiam entre adotar a nomenclatura dos atomistas e dos contrários ao atomismo. Metade dos que defendiam o atomismo era alunos do atomista francês Charles Adolphe Würtz [1817-1884]. No congresso de Karlsruhe, predominaram rivalidades entre nacionalidades. Enquanto os franceses tinham uma posição conservadora contra o atomismo, os químicos alemães tomaram uma postura mais progressista, aceitando as ideias atomistas. Com a aceitação do modelo de Dalton ao final do século XIX, ele passou a constituir a base dos demais modelos usados na química. Vejamos como podemos interpretar o modelo de Dalton, para a constituição da matéria, derivado de sua teoria atômica. No experimento “Há espaço vazio na matéria?” do capítulo 3 (p. 91), chegamos à conclusão de que a matéria provavelmente é constituída por partículas, ou seja, por pequenas porções de matéria separadas por espaços vazios. Da mesma forma, na época de Dalton, muitas evidências científicas já tinham sido observadas, e diversos cientistas haviam proposto que a matéria era constituída por partículas, denominadas de corpúsculos ou átomos. Pela teoria atômica de Dalton, pode s e demonstrar que se nas reações químicas há conservação de massa é porque as massas dos reagentes não são destruídas; logo, algo se conserva durante a reação. Supondo, portanto, que a matéria é constituída por partículas, pode-se admitir que a massa é uma propriedade dessas partículas. Se a massa se conserva, significa que as partículas s e conservam durante a reação. Esse modelo gerava uma indagação: por que as substâncias são diferentes se elas são todas formadas por partículas? Dalton respondeu a essa questão propondo que as partículas das substâncias diferentes teriam massas diversas, ou seja, o que caracterizaria as propriedades das substâncias seria a massa de suas partículas. Para ele, substâncias variadas seriam constituídas por partículas de massas diferentes. 151

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s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

No caso de substâncias compostas, essas seriam constituídas por mais de um tipo de partícula, e as substâncias simples seriam constituídas por somente um tipo de partícula. Cada tipo de partícula seria um elemento químico. Portanto, elemento químico segundo esse modelo, é um tipo de par tícula que possui determinada massa. As partículas a que estamos nos referindo foram denominadas átomos. Substâncias simples distintas são constituídas por átomos diferentes, ou seja, por elementos químicos variados. A diferença entre os átomos está em sua massa. Segundo o modelo de Dalton, o que ocorre nas reações químicas é um rearranjo das partículas. Nesse rearranjo formam-se novas substâncias, pois a sua composição será uma combinação diferente do arranjo de partículas que se tinha, inicialmente, nos reagentes. O modelo de Dalton permitiu explicar também as demais leis ponderais. Segundo esse modelo, as substâncias seriam caracterizadas pela combinação fixa de átomos. Por isso, as reações ocorriam sempre na mesma proporção de massa dos reagentes, pois para formar uma determinada substância, os átomos dos reagentes terão de se combinar na proporção fixa da substância motivo que, para relação formar uma outra inteir substância dos mesmos reagentes, teremosque de será variarformada. a massa Édepelo umamesmo das substâncias em uma denúmero o, pois aa partir substância a ser formada terá os mesmos elementos químicos, mas em uma proporção decombinação dos átomos diferente. História da Ciência

Dalton e a Teoria Atômica D L N P O Ã Ç A G L U IV D

J

ohn Dalton era um homem com visão muito particular das coisas: via tudo em tons azulados, até as pessoas. É claro que, a princípio, ele não notou que era diferente dos outros, já que ele e o irmão enxergavam dessa forma desde o início da vida. Mas, por volta dos 26 anos de idade, Dalton percebe u que ele e o ir mão sofriam de uma anomalia visual que os impedia de perceber as cores. Então, ele estudou intensamente essa anomalia, que recebeu o nome daltonismo. O empenho com que tudo queuma fazia era desse inglês nascido em 6sedededicava setembroa de 766, 1 em casa commarca sólidafundamental formação religiosa. Aos 6 anos, foi matriculado na única escola da vila, onde os professores ensinavam tópicos à Ciência. Aos 11 anos,já tendo concluído os estudos, começou Dalton deu várias a dar aula em uma escola montada em sua casa. Em 1781, aos 15 anos, fechou contribuições para a Ciência, sua escola particular e empregou-se como professor de Ciências Naturaisentre na elas a proposição de uma foi importante teoria sobre cidade de Kendall. O que realmente projetou Dalton na história da Ciência a constituição da matéria, sua especial visão de mundo; mas, dessa vez, não falamos do daltonismo e, sim, de sua capacidade de enxergar e considerar a possibilidade do novo. Deconhecida sua como Teoria Atômica de Dalton. curiosidade e perspicácia nasceram alguns trabalhos fundamentais para Ciência, a como as leis daspressões parciais, publicadas em 1803. De 1808o éprimeiro volume do Novo Sistema , no qual apresentou, de maneira formidável, sua hipótese atômica de constituição de Filosofia Química da matéria. Os maiores químicos da época realizaram pesquisas para demonstrar tal hipótese. Nesse trabalho, apresenta uma primeira tabela de massas atômicas relativas, considerando como referência referência o hidrogênio, ao qual foi atribuído o valor de massal aigua 1. Vários cientistas,em seus estudos, ss e r g n o C f o ry ra ib L

encontraram falhasdois na teoria proposta, Daltondeos rebatiaQuímica com fervor. Nosemanos de julho 1810 de e 1827, publicou os outros volumes de Novo seu mas . Faleceu 27 de Sistema Filosofia 1844, aos 77 anos, sendo sepultado com honras oficiais. O trabalho de John Dalton é considerado um dos pilares da Química atual.Uma frase dele reflete bem o estilo de vida que adotou: “Cien tista é aquele que abandona tudo para mergulhar na pesquisa e na experiência”. A sua dedicação contribuiu para consolidar as ideias atomistas dos filósofos gregos, que foram abandonadas e retomadas pelos cientistas que defenderam o corpuscularismo. Posteriormente, adotaram o termo atomismo, que ainda levou uma longa jornada parater o reconhecimento da comunidade científica. 152

Podemos visualizar melhor o modelo de Dalton, usando uma representação de átomos como a que se segue. Para Dalton, a reação, por exemplo, entre duas substâncias simple s poderia ser representada da seguinte maneira: Reação:

A

+

B

→

1

AB 2

A substância simplesA reage com a substância simplesB, formando a substância compostaAB. Esquema simplificado: 3

Modelo de Dalton: Observe que o átomo da substânciaA é diferente do átomo da substânciaB. Segundo Dalton, essa diferença seria causada pela variedade nas massas. Considerando que a substânciaAB é formada pela combinação dos átomos de

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na proporção de massa o átomoque da formavam substânciaB as e osubstâncias átomo daAsubstância A e B, a reação A. A massa conserva-se, poisocorrerá os átomos da substância AB sãoentre os mesmos e B. Como se pode perceber, esse modelo conseguiu explicar muito bem as leis ponderais, justificando a validade e a aceitação dessas leis. Ele passou, pouco a pouco, a ser aceito pela comunidade científica, pelo fato de explicar essas leis determinadas experimentalmente. Com esse modelo, passamos a idealizar a matéria de forma diferente. Por exemplo, apesar de uma barra metálica ter aparência contínua, ela é constituída por bilhões de partículas. Essas, estando juntas, parecem um todo contínuo quando observadas pelos nossos olhos, que não percebem os pequenos espaços vazios entre elas. Por exemplo, uma folha de papel possui diversos espaços vazios, que podem ser facilmente visualizados em um microscópio. As substâncias possuem o mesmo tipo de partículas; portanto, substâncias distintas possuem diferentes partículas. A partícula da substância pode ser o átomo, como no caso de muitas substâncias simples, pode ser a combinação de mais de um átomo do mesmo tipo (átomos do mesmo elemento químico) ou pode ser a combinação de átomos de diferentes tipos (átomos de elementos químicos diversos). De acordo com o modelo de Dalton, os átomos seriam indivisíveis, pois se eles se conservam e se as proporções nas combinações químicas são fixas e em números inteiros, isso significava que o átomo é uma entidade fixa. Estudos mais avançados demonstram que os átomos não são indivisíveis, mas nem por isso esse modelo é invalidado. Afinal, todo modelo é uma representação que explica parte do objeto H O Cl Na em estudo, mas não tudo. Assim, o modelo de Dalton conseguiu, exemplarmente, explicar a ocorrência das reações químicas e, de fato, todos os modelos até hoje desenvolvidos na química C Si Fe Mg continuam a evidenciar que nas reações químicas a entidade atômica se conserva. ParaDalton, os átomos seriam partículas indivisíveis e indestrutíveis. Normalmente, Em síntese, a teoria atômica de Daltonbaseavautilizamos cores diferentes para representar átomos de elementos diferentes. se nas seguintes hipóteses: i k a s a m a Y ia th in C

1. A matéria é constituída por átomos, que são partículas indivisíveis e indestrutíveis. 2. Todos os átomos de um elemento químico são idênticos em massa e propriedades. Os átomos de diferentes

elementos químicos são diferentes em massa e em propriedades. 3. As substâncias são formadas pela combinação de variados átomos na proporção de números inteiros e pequenos. 4. As reações químicas envolvem somente combinação, separação e rearranjo dos átomos, não havendo, em seu

curso, nem a criação nem a destruição de átomos. A partir dessa teoria, pôde-se idealizar um modelo para o átomo que, indestrutível, seria como uma bola maciça, como uma bola de bilhar. Esse modelo de bola maciça ficou conhecido como modelo de Dalton, o qual contribuiu para dar uma nova direção aos estudos das transformações químicas e dos processos que ocorrem com as unidades estruturais da matéria. Essas unidades ainda hoje são denominadas átomos, apesar de, como apontamos, estudos posteriores demonstrarem que elas não são indivisíveis como sugere o nome. 153

4

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7

s o ic m tô a s lo e d o m s o a

Exercícios 1. Aristóteles buscava explicar a constituição da matéria,

4) Um dos principais trabalhos da época foi desenvolvido pelo químico irlandês William Higgins [1762-1825], que considerava a ideia de que cada elemento possui um FOGO tipo de átomo, e que este diferia em massa. 5) As teorias com uma mecânica da matéria ficaram conhecidas como termo mais aceito na época do que o SECO QUENTE atomismo. 6. Uma indústria tem valores precisos sobre a quantidade TERRA de reagentes e produtos envolvidos no processo fabril, além do rendimento das reações. Nesse caso, explique AR como os conhecimentos sobre a Lei da Conservação das FRIO Massas e a Lei das Proporções Definidas são aplicados ÚMIDO nesses processos. ÁGUA 7. De acordo com a teoria atômica de Dalton, por que De acordo com Aristótel es, explique como um elemento de podem os considerar que não há variação de massa numa sua teoria se transformava em outro, por exemplo, como a reação química? água se transformava em ar e este em fogo. 8. De que forma o modelo atômico de Dalton explicou as Quais fatores levaram a teoria do atomismo ser leis ponderais? desconsiderada por séculos? 9. Por que será que a teoria atômica de Dalton não foi aceita Quais características do pensamento científico e da tão rapidamente? construção da Ciência são observadas na evolução do 10. Utilizando o modelo atômico de Dalton, represente, por conceito do átomo? meio de desenho, átomos de três elementos químicos Como foi descrita a teoria proposta por Newton para explicar diferentes. a formação da matéria e qual sua relação com o atomismo? 11. Os átomos são ou não são indivisíveis? A teoria aristotélica teve ampla influência durante muitos séculos até a Idade Média. Todavia, no século XV, reacendeu 12. Usando o modelo atômico de Dalton, represente, por meio de desenho, uma reação que ocorreria entre as substâncias o interesse em aprofundar a teoria do atomismo, embora compostas AB e CD, formando as substâncias compostas na época ainda existissem preconceitos vinculados aos fundamentos religiosos que desconsideravam essa teoria. AD e CB. Vários filósofos e cientistas começaram a reelaborar teorias 13. A ferrugem é resultado da reação ocorrida entre o ferro para a natureza da matéria, considerando-a constituída e o oxigênio (O 2). Como produto dessa reação, obtém-se por corpúsculos. Pierre Gassendi, René Descartes, Daniel a substância óxido de ferro III (Fe 2O3). Monte a equação Sennert, Robert Boyle e Isaac Newton, são alguns nomes. química, utilizando o modelo de Dalton como re ferencial. Todas essas ideias contribuíram, de alguma forma, para a 14. Sabendo que em uma das proposições de Dalton em relação construção de uma nova teoria atômica desenvolvida pelo ao seu modelo atômico foi relacionada às substâncias químico inglês John Dalton [1766-1844]. simples e compostas, indique quais das seguintes A este respeito, julgue os itens considerando C para os substâncias são simples e quais são compostas. corretos e E para os errados. 2 1 1) Gassendi, na França, e Newton, na Inglaterra, defenderam que os átomos permitiam conceber o m undo 3 4 regido pela vontade do C riador. Assim, o atomismo teve menos resistência, pois deixaram de ser vistas como teorias ateístas, o que favoreceu novos estudos e teorias 5 6 conhecidas como corpuscularismo. 2) Boyle e Newton desenvolveram seus estudos com base na experimentação e nas relações matemáticas. Boyle introduziu uma nova noção para o conceito de elemento 15. Em um experimento feito em laboratório, realizou-se a químico, diferente da teoria aristotélica. combustão da palha de aço em um recipiente aberto. 3) Newton apresentou a teoria corpuscular da matéria, Inicialmente, a massa da palha de aço era de 3,0 g e, estudando o comportamento dos gases em relação após a queima, a massa resultante obtida foi de 3,4 g. às forças de repulsão das partículas; ele relacionou os Explique por que esse valor obtido não invalida a Lei da estados físicos da matéria em função das distâncias Conservação das Massas. entre as partículas. No estado sólido, as partículas estariam mais próximas do que no líquido e neste mais 16. Sabendo que na combustão completa de 50 g de magnésio próximas do que no estado gasoso. metálico são consumidos 33 g de gás oxigênio, responda: segundo o qual o universo era constituído por água, ar, fogo e terra. Observe o esquema abaixo:

o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

n ti e u q e S . O

2. 3. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

4. 5.

. Y ia h t in C

154

a) Que massa de oxigênio é necessária para queimar 150 g de magnésio? b) Qual é a massa de óxido de magnésio formada pela reação entre 600 g de magnésio e 396 g de oxigênio? 17. Em laboratório, foram obtidos os seguintes dados na produção do gás amônia:

e) São constituídos por massasiguais deágua e gás carbônico. 21. (PUC-SP) Querendo verificar a Lei da Conservação das Massas (Lei de Lavoisier), um estudante realizou a experiência esquematizada abaixo:

VALORES DE MASSA EM REAÇÕES DE FORMAÇÃO DA AMÔNIA Massa de Massa de Massa de Experimento hidrogênio nitrogênio amônia

1 2 3

g6 g 12 b

g28 g 56

g34 a c

Solução de HNO3(aq)

K2CO3(s)

1

2

2

Solução final

Erlenmeyer vazio

1

2

3

Balança ji u Y J.

4 g 108 d e Aplicando os conceitos das leis ponderias, determine os valores de a, b, c, d, e.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Terminada a reação, o estudante verificou que a massa final era menor que a massa inicial. Assinale a alternativa que explica o ocorrido. a) A Lei de Lavoisier só é válida nas condições normais de 18. Analise a tabela abaixo e, em seguida, responda às questões: temperatura e pressão. REAGENTES PRODUTOS b) A Lei de Lavoisier não é válida para reações em solução TESTE aquosa. ABCD c) De acordo com a Lei de Lavoisier, a massa dos produtos é 1 85g 29,4g X 42,5g igual à massa dos reagentes, quando estes se encontram 2 Y 14,65 g Z T na mesma fase de agregação. a) Qual é a massa de A necessária para reagir com 14,65 g d) Para que se verifique a Lei de Lavoisier, é necessário que de B? o sistema seja fechado, o que não ocorreu na experiência b) Quais são os valores de X, Z e T? realizada. c) Demonstre se os resultados obtidos estão de acordo com e) Houve excesso de um dos reagentes, o que invalida a a Lei da Conservação das Mass as e a Lei das Proporções Lei de Lavoisier. Definidas. d) Qual é a razão entre a massa de A e a massa de B que 22. (ITA-SP) Em 1803, John Dalton propôs um modelo de teo ria reagiram nos testes 1 e 2? atômica. Considere que sobre a base conceitual desse modelo sejam feitas as seguintes afirmações: 19. Em um experimento realizado no laboratório, 2,40 g de I – O átomo apresenta a configuração de uma esfera uma substância A reagem com 7,68 g de uma substância rígida. B, produzindo 9,0 g de C e 1,08 g de D. Em um segundo II – Os átomos caracterizam os elementos químicos e experimento, 16,0 g de A reagiram com 51,2 g de B, somente os átomos de um mesmo elemento são produzindo 60,0 g de C e 7,2 g de D. idênticos em todos os aspectos. Utilizando seus conhecimentos sobre as Leis da Conservação III – A s transformações quími cas consistem em combina ção, das Massas e das Proporções Definidas, julgue os itens, separação e/ou rearranjo de átomos. considerando C para os corretos e E para os errados. IV – Substâncias compostas são formadas por átomos por 1) 4,80 g de A reagem completamente com 15,36 g de B. dois ou mais elementos unidos em uma razão fixa. 2) “O prego que enferruja” e o “palito de fósforo que queima” são exemplos de exceções à Lei de Lavoisier. Qual das opções a seguir se refere a todas as afirmações 3) 25,6 g da substância B reagem completamente com 8,0 CORRETAS? g da substância A. a) I e IV. b) III e IV. c) II e IV. 4) Para produzir 3,6 g de D é necessária a quantidade de d) II, III e IV. e) I, II, III e IV. 7,0 g da substância A. 5) A razão mC/mB no primeiro experimento é diferente da 23. (PUC-MG) A teoria atômica de Dalton só está claramente expressa em: razão m /m no segundo experimento. C

B

Numa viagem, um carro consome 10 kg de 20. (Vunesp) gasolina. Na combustão completa desse combustível, na condição de temperatura do motor, formam-se apenas substâncias gasosos. Considerando-se o total de substâncias formadas, pode-se afirmar que eles: a) Não têm massa. b) Pesam exatamente 10 kg. c) Pesam mais que 10 kg. d) Pesam menos que 10 kg. 155

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Balança

g 170

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a) A formação dos dá por meio de diferentes associações entremateriais átomos se iguais ou não. b) O átomo possui um núcleo positivo envolto por órbitas eletrônicas. c) O número de átomos diferentes existentes na natureza é pequeno. d) Os átomos são partículas que não podem se dividir. e) Toda matéria é formada por partículas extremamente pequenas.

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4 O respeito à d iversidade

s o ic m tô a s lo e d o m s o a

s n e g a Im r a sl u /P e t n e d u r P o ã o J

Falésia em Morro Branco, Beberibe (CE), 2008. A diversidade de materiais que compõem o nosso Planeta, como as camadas coloridas nas falésias, e a diversidade de cristais devem-se à diversidade de combinações entre os átomos dos diversos elementos químicos.

o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

U

ma característica central do Universo está na sua diversidade. Essa diversidade vem da possibilidade de combinação entre átomos de diferentes elementos químicos. Entender a essência de nossa existência O que explica a diversidade no nos leva a buscar conhecer a natureza de nossa formação, o que implica Universo? compreender a natureza do Universo. A busca incessante de compreender a natureza do Universo sempre esteve por detrás das perguntas dos filósofos e dos cientistas que vêm bis bilhotando as entranhas da matéria. A diversidade dos materiais do planeta, como dos minerais e dos seres vivos, depende das condições climáticas, pois, em temperaturas diferentes, os constituintes da matéria se agitam com velocidades diversas, alterando o grau de interação entre as substâncias. Essa pluralidade dos materiais da crosta terrestre se deve, ainda, à diversidade A diversidade humana e dos materiais das estruturas químicas: moléculas pequenas têm interações menores e, em que compõem o Universo está relacionada geral, apresentam-se na fase gasosa; já moléculas maiores têm maior quantidade `a pluralidade das estruturas químicasque das de elétrons e, consequentemente, maiores interações elétricas, apresentandosubstâncias componentes dos materiais conferem propriedades diferenciadas a elas. se, geralmente, em fases mais condensadas (líquidas e sólidas). PARE E PENSE

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

i in b m o l o C o i b a F

k c o st in t a L r/ e d n a x e l A . C .& B

tit u m e D y lH e

m co .e m ti sm a e r D r/s o r U

156

A diversidade dos materiais, que compõem o Universo, srcina, por sua vez, a diversidade dos seres humanos. Somos diversos nas diferentes etnias. Cada uma delas se constituiu, historicamente, nas condições ambientais do hábitat em que elas se estabeleceram. Para resistir aos efeitos das radiações

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

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solares, determinados grupos humanos desenvolveram substâncias protetoras

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em sua pele, pigmentos que possuem cores mais fortes. Grupos humanos, de regiões menos expostas à radiação, não desenvolveram esses pigmentos. O formato anatômico de cada grupo está também relacionado às condições ambientais. Essas características, que propiciam a preservação da vida, são transmitidas aos descendentes por estruturas químicas estudadas pela genética. Assim, sabe-se que a diversidade dos seres humanos está, então, relacionada à

3

diversidadepigmentos das estruturas seus constituintes genéticos, que conferem a eles,moleculares os quais sede manifestam com coloração diferente, levando os filamentos dos cabelos a serem enrolados ou lisos, determinando o limite de crescimento de suas estruturas físicas, entre outros aspectos. Destaca-se, todavia, que a infinita possibilidade de combinação genética faz com que filhos de mesmos pais possuam diferenças entre eles. O estudo da Química nos leva a compreender essas estruturas e, consequentemente, nos ajuda a respeitar. A diversidade faz parte do Universo. Vivemos um novo tempo, em que a nossa sociedade desenvolveu leis Compreender e respeitá-la é princípio básico que buscam, cada vez mais, respeitar a diversidade que ao longo da história de nossa sociedade: respeite! da humanidade não foi compreendida. A Química, ao explicar as diferenças, nos faz repensar o nosso comportamento e nos leva a meditar na construção de atitudes de respeito à diversidade. Veremos neste capítulo, modelos mais

avançados dos átomos que explicam o comportamento da matéria e as propriedades das substâncias. Nos capítulos seguintes, vamos estudar novos modelos que explicam como os átomos se combinam, construindo a diversidade do Universo e como essas interações

configuram as diferentes propriedades das substâncias.

Participação Cidadã 1. O que significa ser diferente na nossa sociedade? 2. A diversidade tem sido respeitada? Justifique. 3. O que podemos fazer para construir uma sociedade em que se respeite a diversidade?

Ação e Cidadania 1. Proponha uma campanha na sua escola para o respeito à diversidade. 157

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7 s n e g a m I r a ls u /P ta s li a b m y C l e i n a D

5 Modelo atômico de Thomson

s o ic m tô a s lo e d o m s o a

N

o primeiro volume desta obra, aprendemos que a matéria é constituída por partículas, que historicamente foram denominadas por átomos. Uma forma adequada de representar os átomos é a do modelo atômico de

o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

Dalton, que se mostrou bastante eficiente para explicar e até prever quantidades

químicas na ocorrência de uma reação. Com os cálculos estequiométricos, conseguimos estabelecer a quantidade de um produto que será obtido a partir de uma determinada quantidade de reagente. Com o modelo de Dalton, foi possível, ainda, fazer previsões sobre propriedades dos gases e até fazer cálculos de concentração de soluções.

ck o t rs e tt u h /S x ti e n g a m

Historicamente, o modelo atômico de Thomson ficou conhecido como um bolo inglês, chamado pudim de ameixas , representado acima.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

PARE E PENSE

O que é energia elétrica? O que é eletricidade?

Agora, vamos avançar nossos estudos de Química, compreendendo as propriedades das substâncias, fazendo previsões sobre o seu comportamento. Isto é fundamental, pois os químicos estão interessados em utilizar as substâncias para aplicações cotidian as, que estão relacionadas às propriedades das substâncias, e é por meio dessas que ele identifica a ocorrência de uma reação química. O modelo atômico de Dalton não é suficiente para dar conta do estudo das propriedades das substâncias, as quais estão relacionadas às forças de atração entre as partículas constituintes das substâncias. A natureza dessas forças, por sua vez, está relacionada à natureza elétrica da matéria. Assim, neste capítulo, vamos avançar nossos estudos sobre novos modelos atômicos, que explicam fenômenos relativos à natureza elétrica da matéria. Para compreender esses modelos, vamos ver, historicamente, como eles foram desenvolvidos, da mesma forma que estudamos como o modelo atômico de Dalton foi elaborado. Compreender a história da Ciência nos ajuda a entender as limitações da Ciência, bem como a refletir sobre o mundo que vivemos e pensar em novos modelos para explicá-lo. Afinal é para isso que estudamos ciência na escola, para que possamos compreender o mundo e busquemos novas formas de viver, construindo uma sociedade baseada em princípios de igualdade e justiça, e não em valores que consideram alguns já predeterminados a serem melhores que outros. Vamos a este estudo!

A natureza elétrica da matéria Atualmente, é impossível imaginar a nossa vida sem a energia elétrica. Apagões, que deixam as cidades sem energia elétrica por algumas horas, dão uma pequena ideia do imenso sacrifício que seria viver sem eletricidade. Por isso, o mundo inteiro busca reduzir o consumo de energia elétrica e suprir esse recurso por meio de várias fontes: usinas hidrelétricas (quedas-d’água), usinas termelétricas (queima de combustíveis fósseis), painéis fotovoltaicos (energia solar), turbinas eólicas (energia dosventos), usinas nucleares (reações atômicas) , entre outras. Mas, o que vem a ser essa eletricidade que tanto dependemos dela? Ela époderá um fenômeno da por natureza que ao foi esfregar observado desde a Antiguidade. Você observá-lo, exemplo, uma caneta ou uma régua de plástico nos cabelos e depois colocá-la em contato com pedacinhos de papel. Essa propriedade elétrica de atração entre certos corpos foi, inicialmente, descrita pelo filósofo e matemático grego Tales de Mileto [cerca de 623548 a.C.], após observar o que acontecia quando se causava atrito entre lã e âmbar, uma resina fóssil translúcida e muito dura que, em grego, é denominada elektron. Daí por que o fenômeno passou a ser conhecido como 158

eletricidade. Para explicá-lo, Tales considerou que os materiais que se comportavam como o âmbar, após o atrito, estavam eletrizados. Em outras palavras, carregados eletricamente. Quando eletrizados, os materiais podem ser atraídos ou repelidos por outros materiais também eletrizados. Estudos posteriores demonstraram que existem dois tipos de carga elétrica, positiva e negativa. Além disso, materiais com o mesmo tipo de carga elétrica se repelem, enquanto os de cargas opostas se atraem. Mas o que vêm a ser essas cargas elétricas? O que será que confere tal característica aos materiais? Muitos estudos tentaram explicar a eletricidade e elaborar modelos explicativos. Contudo, somente no século XIX o fenômeno começou a ser compreendido com mais clareza. Em 1833, o físico e químico inglês Michael Faraday [1791-1867] realizou uma série de experimentos de eletrólise (processo químico de decomposição de substâncias pela passagem de corrente elétrica) e observou que a massa depositada de uma determinada substância era proporcional à quantidade de eletricidade empregada no experimento. Isso era uma evidência de que a eletricidade estava relacionada à existência de alguma partícula. Em 1891, o físico irlandês George Johnstone Stoney [1826-1911], interpretando a lei da eletrólise formulada por Faraday e a teoria de valência do químico alemão August Kekulé [1829-1896], propôs o nome elétron para a unidade natural da eletricidade, naquele tempo ainda inexplicada, mas já demonstrada por diversos experimentos. Dentre os estudos, que contribuíram para a identificação de tal partícula, estão os do cientista inglês William Crookes [1832-1919]. Ele inventou a ampola de raios catódicos. A ampola contém um gás ou ar em baixa pressão que, quando submetido a uma corrente elétrica, produz raios luminosos que saem da extremidade da ampola, onde está o polo negativo (–) da fonte de alta tensão, e vão para a outra extremidade, onde está o polo positivo (+). Esses raios foram chamados catódicos. Para Crookes, eles seriam um fluxo de moléculas. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

s n e g a m I r a ls u P i/ ll a n a R o i rg e S

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si rb

o C / n ito c e ll o C h cs t u e D n o lt u H

Os relâmpagos são evidências naturais da existência de descargas elétricas. ij u Y J.

Michael Faraday : seus trabalhos sobre fenômenos eletroquímicos ajudaram na descoberta da existência do elétron. e ri ra b Li n io t tu tsi n I n ia n so h t iS m

Diagramas representando o aparelho usado por Thomson . No diagrama à esquerda, observa-se um feixe luminoso (raios catódicos) que sai do polo negativo em direção ao anel ligado ao polo positivo. No diagrama à direita, observa-se que o feixe luminoso é desviado pelo campo elétrico, produzido por placas eletrizadas. 159

O inglês William Crookes inventou a ampola de raios catódicos, que permitiu identificar o elétron.

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D

O átomo com cargas elétricas O físico holandês Pieter Zeeman [1865-1943], que trabalhava com o também

ck o st itn L/a si b r o C / n n a tm t e B

físico holandês Hendrik Antoon Lorentz [1853-1928], realizou experiênciasde espectroscopia, fazendo observações sob a ação de um campo magnético e explicou os resultados, considerando que a luminosidade observada era emitida por partículas carregadas negativamente, que se moviam no átomo influenciadas pelo campo magnético, seguindo as leis clássicas do eletromagnetismo. Por esse trabalho, foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física em 1902. Em seus estudos, Zeeman conseguiu determinar a relação entre a carga e a massa dessas partículas negativas. Em outros estudos, o físico francês Jean Baptiste Perrin [1870-1942], ao

4 O L U ÍT P A C

Por seu trabalho na determinação das propriedades do elétron, o físico inglês Joseph John Thomson recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1906. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

o n e u B re d n a x le A

produzir raiosde catódicos tubo à baixa pressão, conseguiu desviá-los com o auxílio um ímã.em Com essedeexar perimento, demonstrou que esses raios são feixes de partículas carregadas negativamente. Essas partículas seriam os elétrons, já assim denominadas por Stoney. Os estudos de espectroscopia, desenvolvidos na primeira metade do século XIX por diversos cientistas, bem como os estudos de Perrin, levaram à proposição, ao final daquele século, dos primeiros modelos atômicos eletricamente constituídos. Um desses modelos foi proposto pelo físico inglês Joseph John Thomson [1856-1940]. Tomando como base as investigações de Faraday, ele realizou experimentos com tubos de descarga contendo quatro diferentes gases e utilizou três metais diferentes na constituição dos eletrodos. Os dados coletados nessas experiências permitiram a Thomson alcançar sempre os mesmos valores para a razão entre a carga e a massa do elétron (e/m), que compunham os raios catódicos, cujos valores eram da mesma ordem de grandeza dos encontrados por Zeeman e Lorentz. Thomson observou, assim, que os raios catódicos eram os mesmos,independentemente, da composição do catodo, do anticatodo ou do gás na válvula. Esse fato o levou a postular que todos os elementos químicos têm um constituinte universal: o elétron.

Outros experimentos confirmaram a razão entre a carga ea massa do elétron O modelo atômico de Thomson (e/m) e a carga do elétron (e) para as partículas fotoelétricas (elétrons), como representado considera que átomo é umaesfera o realizado pelo físico estadunidense Robert Andrews Millikan [1868-1953], de carga positiva uniforme, contendo elétrons que que também determinou a carga elétrica do elétron (1,63 · 10 –19 coulombs). estariam em movimento em torno de anéis.

Em suas investigações, Thomson, além de medir a carga e a massa do elétron, desenvolveu a teoria eletrônica dos metais e a distribuição do que ele denominou de corpúsculos nos átomos, os quais seriam os elétrons. Assim, a partir das ideias do químico e físico inglês, William Proust [1785-1850], de que todos os elementos poderiam ser formados por condensação do hidrogênio, Thomson propôs um modelo para os átomos que pode ser sintetizado com as seguintes características: O átomo de hidrogênio seria a base para a constituição de todos os outros átomos. As cargas dos diferentes átomos seriam sempre múltiplos inteiros da carga do átomo de hidrogênio. Os átomos dos diferentes elementos seriam esferas com carga elétrica positiva uniforme. Essas esferas conteriam os elétrons dispostos em uma série de anéis paralelos. Os anéis conteriam diferentes quantidades de elétrons. Os elétrons se movimentariam em alta velocidade em torno de anéis. Esses anéis estariam organizados de forma que a maioria dos elétrons ficaria próxima da superfície da esfera e os anéis, com menores quantidades de elétrons, ficariam mais no centro da esfera. Esse modelo teórico acabou sendo popularizado em livros didáticos com a denominação de “pudim de ameixas”, em referência a um bolo inglês que nada se assemelha ao nosso pudim de ameixas. 160

6 Modelo atômico planetário

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e as partículas do átomo ck o str e tt u h /S p o sh rk o w d i lfu

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Alguns cientistas representar am o átomo com uma estrutura parecida com a do

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. Será quenaailustração estrutura do átomo ésistema como a solar representada acima?

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ejamos, agora, fatos que contribuíram para a elaboração de um novo modelo atômico para explicar o arranjo de suas partículas.

A radioatividade e o átomo D L N P O Ã Ç A G L U IV D

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O estudo árduo faz com que os cientistas deem atenção a qualquer fenômeno que ocorra, por mais simples que seja, o que leva, muitas vezes, a descobertas fantásticas. Foi o que aconteceu em 1895 com o físico alemão Wilhelm Röntgen [1845-1923]. Ele estudava as propriedades da eletricidade com tubos de raios catódicos, quando, de repente, notou a emissão de um tipo de radiação que ultrapassava determinados materiais. Descobriu também que essa poderosa emissão era capaz de impressionar uma chapa fotográfica. O fenômeno, até então desconhecido, foi chamado por Röntgenraios X. Dois anos Becquerel [1852-1908], físico francês, resolveu procurar umadepois, relaçãoAntoine entre Henri os raios X e a fosforescência (propriedade de certos materiais de reluzir por um curto intervalo de tempo) de uma substância de urânio. Ele acreditava que, colocando cristais desubstâncias que contêm átomos de urânio sobre uma chapa fotográfica, embrulhada em papel preto, e expondoos à luz solar, eles emitiriam raios X e iriam impressionar a chapa fotográfica. E, mais uma vez, um fato experimental foi descoberto casualmente: num dia nublado, o físico suspendeu o experimento, pois não havia luz solar para produzir fosforescência, e guardou a substância embrulhada em papel preto dentro de uma gaveta que continha uma chapa fotográfica. Alguns dias depois, revelou várias chapas, inclusive a que estava na gaveta. E qual não foi a sua surpresa ao notar que ela também trazia uma mancha característica. O urânio havia impressionado a chapa mesmo sem receber luz solar. Diante desse fato, Becquerel deduziu que a emissão desses raios não tinha conexão com os raios X descobertos por Röntgen, nem com a luz solar, nem tampouco com a propriedade de fosforescência: srcinara-se

dos próprios átomossão do naturalmente elemento urânio. Conclusão: os átomos alguns elementos químicos radioativos, ou seja, emitemde radiação. Esse fenômeno ficou conhecido, mais tarde, comoradioatividade. O conhecimento sobre radioatividade avançou ainda mais com as pesquisas do casal de químicos Marie [1867-1934] e Pierre Curie [185 9-1906]. A polonesa Marie Curie e seu marido, o francês Pierre Curie, trabalharam arduamente com minérios que emitiam uma radiação muito intensa e puderam identific ar a existência de novos elementos químicos, cujos átomos eram bastante radioativos: o rádio (Ra) e o polônio (Po). 161

PARE E PENSE

De que maneira o átomo, infinitamente pequeno, pode se assemelhar ao sistema solar?

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s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D

k c to s in t a L/ ry a r b Li o t o h P e c n ie c S

4 O L U ÍT P A C

Pierre e Marie Curie prestaram extraordinários serviços para a descoberta do fenômeno da radioatividade.

Os estudos de Nagaoka e de Rut herford

A figura representa o efeito da radiação alfa atravessando um campo elétrico e sofrendo desvio na direção do polo negativo. ij u Y J.

bloco de chumbo

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campo elétrico

amostra radioativa

radiação alfa (α)

campo elétrico ij u Y J.

bloco de chumbo

Apesar de todo o esforço dos pesquisadores, eles não puderam explicar a srcem da radiação emitida por esses elementos. O segredo estava escondido na própria estrutura da matéria, ou seja, a srcem da radiação relacionase à estrutura do átomo. Só que isso eles ainda não tinham condições de demonstrar com os conhecimentos conquistados até então. Nessa época, já sabia-se que o átomo não era exatamente como previa a teoria atômica de Dalton: uma esfera maciça e indivisível. Mas os novos modelos também não explicavam o fenômeno da radioatividade. Por isso, todos os cientistas envolvidos nessecampo sentiram-se ainda mais desafiados a aprofundar seus estudos. A meta a ser atingida era um modelo que finalmente desvendasse a estrutura da matéria.

campo elétrico

radiação beta (β) amostra radioativa campo elétrico

A radiação beta atravessa um campo elétrico e sofre desvio na direção do polopositivo.

PARE E PENSE

Como você explica o fato de a radiação α ser atraída pelo polo negativo do campo elétrico?

Em 5 de dezembro de 1903, o físico japonês Hantaro Nagaoka [1865-1950] apresentou à Sociedade de Física e Matemática de Tóquio um artigo sobre o movimento de partículas num átomo ideal. Nele, propôs seu modelo saturniano de átomo. Logo em seguida, Nagaoka publicou os principais

resultados de sua pesquisa em revistas científicas, entre as quais Na ature. O modelo proposto por Nagaoka foi construído partindo da crítica ao modelo Aepinus, proposto por Lorde Kelvin, em 1902. No modelo de Kelvin, os elétrons se movimentariam livremente numa esfera carregada positivamente. Nagaoka, em 1908, continuava discordando do modelo de Lorde Kelvin e disse que os elétrons estariam situados fora da esfera carregada positivamente. Em seus artigos, Nagaoka rejeitava a interpenetrabilidade entre cargas positivas e negativas. O modelo de Nagaoka considerava o átomo com as seguintes características: Teria massa central grande, carregada positivamente. Essa massa central atrairia os elétrons de mesma massa e com cargas negativas. Os elétrons girariam em um anel circular, distribuídos em intervalos angulares iguais, repelindo-se uns aos outros. No fim do século XIX, o físico neozelandês Ernest Rutherford [1871-1937] foi convencido por J. J. Thomson a trabalhar com o fenômeno, então, recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um modelo atômico, que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos de urânio, polônio e rádio. Aos 26 anos de idade, Rutherford fez sua maior descoberta. Estudando a emissão de radiação do urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é rapidamente absorvida, que denominamos radiação alfa (α), e outra com maior poder de penetração, que denominamos radiação beta (β). Ele descobriu, ainda, que a radiação alfa é atraída pelo polo negativo de um campo elétrico, que comoasmostra o esquema lado.aosSeus estudos posteriores mostraram partículas alfa são ao iguais átomos de hélio que perderam os elétrons, e que o baixo p oder de penetração dessa radiação se deve à sua elevada massa. Com base nessas informações, responda a questão ao lado. Rutherford descobriu também que a radiação beta é constituída por partículas negativas, pois se desviam para o polo positivo do campo elétrico. Essas partículas possuem massa igual à dos elétrons e umpoder de penetração maior que a radiação alfa. 162

Rutherford queria estudar a interação da radiação alfa com folhas finas de metais. Para isso, ele desenvolveu uma série de experimentos envolvendo essa radiação.

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O experimento de Rutherford e seu modelo atômico

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Em 1909, o inglês ErnestMarsden [1889-1970], um estudante de graduação

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de Física, em Manchester, junto com o físico inglês Johannes Hans Wilhelm Geiger [1882-1945], estudando a interação da radioatividade com diferentes metais, observaram que algumas partículas alfa retornavam, enquanto a maioria atravessava os materiais.

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Geiger e Marsden realizaram muitos experimentos e investigaram a quantidade relativa de reflexão, a partir de metais de espessura variável, e a fração de partículas alfa incidentes que eram refletidas. Em suas observações, puderam identificar que a maioria das partículas alfa atravessava as lâminas metálicas, quando estas eram muito finas, mas que uma quantidade muito pequena dessas partículas retornava com grandes ângulos de desvio, que poderia retornar na mesma direção de incidência das partículas alfa ou variar o desvio até 90º. Rutherford, que trabalhava com os dois, ao tomar conhecimento desses resultados supôs que a deflexão com grande ângulo fosse devida a um único encontro atômico e que a possibilidade de um segundo encontro desse tipo, na maioria dos casos, deveria ser Esquema do experimento de Rutherford extremamente pequena. De acordo com o modelo atômico de Thomson, as deflexões seriam improváveis: sendo muito mais leves que as partículas alfa, os elétrons teriam tanta dificuldade para desviar suas trajetórias quanto bolas de gude para desviar balas de canhão. Para perceber as possíveis deflexões, utilizou-se uma placa de material fosforescente que emite luz quando colidida pela radiação alfa. Dessa maneira, ao colocar uma fina lâmina de ouro entre a chapa fosforescente e o material radioativo, a luminosidade na chapa deveria cessar, pois a lâmina de ouro bloquearia a passagem da radiação.

bloco de chumbo

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luminosidade radiação alfa (α) amostra de polônio

partículas defletidas partículas refletidas

lâmina de ouro chapa fosforescente

partículas defletidas

Sob orientação de Rutherford, Hans Geiger e Ernest Marsden trabalharam no experimento de espalhamento de radiação alfa . Para isso, ficaram várias horas em um quarto escuro observando lampejos emi tidos por filmes de sulfeto de zinco quando atingidos por partículas alfa, que eram desviadas ao atravessar uma fina lâ mina de ouro. Esse experimento está representado esquematicamente acima.

Construção do Conhecimento Com base nas observações de Rutherford acima, responda: 1. Qual a carga elétrica que poderia estar desviando a radiação alfa? Justifique sua resposta. 2. Esta carga elétrica, que estaria desviando as radiações alfa, deveria ocupar uma grande área? Justifique sua resposta. 3. Em que essas observações estão em desacordo com o modelo de Thomson? 163

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

A partir de suas observações, em 1911, Rutherford anunciou uma nova proposta de modelo para a estrutura do átomo, considerando também as ideias especulativas de outroscientistas, inclusive do físico Nagaoka, queconsiderava a estrutura do átomo semelhante a do sistema solar. Rutherford imaginou que, se as partículas alfa sofriam um desvio em sua trajetória, era porque estavam sendo repelidas por alguma coisa existente nos átomos de ouro. Algo que impedia a sua passagem direta. Sabendo que a radiação alfa é constituída por partículas de carga positiva, Rutherford supôs que elas fossem desviadas quando se aproximavam de alguma região do átomo que tivesse o mesmo tipo de carga. Para Thomson, o átomo seria uma esfera de carga positiva. Os resultados de Rutherford mostravam que, se fosse assim, existiriam enormes espaços vazios entre os átomos, por onde passava a radiação. Como já vimos no estudo cinético dos gases, no estado sólido os átomos estão próximos uns dos outros e não afastados, como poderia ser deduzido por aqueles resultados inusitados. Rutherford então idealizou outro modelo. Para ele, os espaçospor onde passavam as partículas alfa eram ocupados pelos elétrons dos átomos e aátomos região não que seriam ofereciamaciços, resistência à passagem das partículas seria constituída pela carga positiva do átomo. Assim, os como previa o modelo de Dalton. O novo modelo explicava resultados observados experimentalmente. Veja na figura abaixo que, segundo esse modelo, a radiação alfa atravessa a região onde estão os elétrons e retorna ou sofre desvios quando se choca com a região em que estão as cargas positivas. Segundo esse modelo, o átomo tem duas regiões: uma central, denominadanúcleo, constituída por partículas carregadas positivamente, chamadas prótons, e por partículas sem carga, denominadas nêutrons, que dariam estabilidade ao acúmulo de cargas positivas; e outra região ao redor da central,eletrosfera a , constituída por partículas carregadas negativamente, denominadaselétrons. Esse modelo ficou conhecido como modelo atômico de Rutherford. Rutherford trabalhou intensamente na tentativa de detectar os nêutrons, mas em vão. Em 1932, o físico inglês James Chadwick [1891-1974] determinou a presença de nêutrons como resultado do bombardeamento de berílio por partículas alfa. A partir dos resultados quantitativos de seu experimento, Rutherford determinou que o núcleo dos átomos de ouro seria 10 000 vezes menor do que o próprio átomo. Enquanto o núcleo atômico tem um raio aproximado de 10–14 m, o átomo possui um raio aproximado de 10–10 m. Com esses dados, conclui-se que o núcleo atômico ocupa um espaço muito pequeno e é muito denso, pois concentra toda a massa do átomo. O modelo de Rutherford é uma ferramenta básica para o estudo da Química no Ensino Médio. De forma simples e clara, ele permite explicar uma série de processos químicos. Por isso, é importante que você compreenda as suas principais características. Por diversas vezes, ele será representado em figuras. Lembre-s e, no entanto, que você estará vendo um modelo e, como tal, constitui uma representação e não um átomo como ele é de fato. Por exemplo, o modelo atômico de Rutherford foi comparado com o Sistema Solar, pelo fato de o seu modelo considerar que os elétrons giram ao redor do núcleo do átomo em órbitas (trajetórias fechadas), assim como no Sistema Solar os planetas giram em órbitas ao redor do Sol. Embora essas comparações (analogias) sejam muito comuns nas Ciências, sempre devemos ter cuidado, pois comparamos coisas diferentes. O sistema idealizado por Rutherford não é exatamente como o Sistema Solar, afinal dimensões, formatos e trajetórias das órbitas dos planetas no Sistema Solar sãocompletamente diferentes dos elétrons! Além disso, os elétrons são todos do mesmo tamanho e não diferentes como os planetas de nosso Sistema Solar e nem existem partículas ao redor dos elétrons como existem os satélites ao redor dos planetas. Parece que essa analogia pouco contribui para entender o radiação alfaα() átomo, mas, por razões históricas, assim o modelo atômico de Rutherford ficou conhecido. Devemo s lembrar, ainda, que, partículas refletidas conforme veremos adiante, essa ideia de os elétrons girarem

ji u Y J.

partículas defletidas lâmina de ouro

em órbitas ao redor do núcleo foi desconsiderada pelos dados obtidos posteriormente, embora a sua ideia de um núcleo extremamente pequeno continue válida até hoje. Observe também que qualquer ilustração que representarmos o átomo não será possível ilustrar o núcleo atômico na proporção de tamanho à eletrosfera. Representação esquemática do desvio da radiação alfa pelos núcleos positivos (azuis com sinal positivo) dos átomos (vermelhos) de ouro. 164

ji u Y J.

Modelo atômico planetário

Para Rutherford, o átomo deve ter duas regiões: um núcleo denso, muito pequeno com os prótons, e uma região de volume muito grande, ocupada pelos elétrons (eletrosfera). Esse modelo teórico tem sido representado, didaticamente, por um modelo planetário conforme o esquema ao lado, que inclui os nêutrons estudados por Rutherford e os elétrons girando em elipses ao redor do núcleo. Observe que, no esquema ilustrativo do modelo planetário, as partículas não estão na proporção real.

No núcleo do átomo, além dos prótons (esferas de cor laranja) estão os nêutrons (esferas azuis). Esta representação explica o desvio da radiação alfa: a carga positiva concentrada em uma região central no átomo repele a radiação.

1

2

3

4

Sobre o modelo de Rutherford e as noções até aqui desenvolvidas, é importante considerar que: 5

1. 2. 3. 4. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

O átomo é constituído por duas regiões distintas: o núcleo e a eletrosfera. O núcleo atômico é extremamente pequeno em relação ao tamanho do átomo. No núcleo, são encontrados os prótons e os nêutrons. Os elétrons encontram-se na eletrosfera e possuem massa muito pequena em relação à massa dos prótons.

6

7

História da Ciência

Ernest Rutherford rnest Rutherford, o curioso garoto nascido em 30 agostodos de 1871 na cidade de Brightwater, Nova Zelândia, foi de o quarto doze filhos do construtor autodidata e lavrador James Rutherford e da professora Marta, escoceses que tinham ido colonizar aquele país. Sua mãe teve papel marcante em sua vida, incentivando o interesse pelas Ciências que o menino demonstrou desde muito cedo.

E

n o t i g n h s a W , o ss e r g n o C o d a c te o li b i B

Em 1885, em reconhecimento a dois artigos que publicara sobre a radioatividade, ganhou uma bolsa de estudos e foi trabalhar no laboratório Cavendish, na Universidade de Cambridge, Inglaterra, sob a orientação de Joseph John Thomson. Logo que chegou a Cambridge, Rutherford teve seu potencial reconhecido e foi convidado por Thomson a participar dos estudos sobre os efeitos da passagem de raios X em tubos de gás. O físico neozelandês Ernest Em 1907, Rutherford voltou à Inglaterra. Recebeu diversos prêmios, Rutherford possuía uma habilidade entre eles o Nobel de Química de 1908. Seus trabalhos marcam o notável para a Física e se destacaria nos rompimento entre os domínios da Física e da Química, por uni-los na estudos, recebendo diversos prêmios. busca da compreensão do átomo, e seu legado mais importante foi a definição de um novo modelo para explicá-lo. Rutherford morreu em 1937 e deixou contribuições para outras áreas da Ciência, até para aquelas nas quais era praticamente leigo, como a Geologia, pois suas pesquisas concorrem para determinar a datação dos materiais. 165

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

24. A construção de um modelo atômico é uma busca pelo conhecimento da constituição da matéria. Considerando o trabalho de J.J. Thomson, julgue os itens com C para os corretos e E para os errados: 1) Com os experimentos com tubos de descarga, Thomson percebeu que, nos raios catódicos, a r azão entre a carga e a massa do elétron (e/m) era sempre o mesmo valor para qualquer gás testado. 2) Os raios catódicos eram diferentes, dependendo da composição do catodo, do anticatodo ou do gás na válvula. 3) Os átomos de diferentes elementos seriam formados por uma massa disform e com carga positiva, incrustada nas superfícies por elétrons de carga negativa. 4) Foi o primeiro modelo a comprovar a descontinuidade da matéria e sua natureza elétrica. 5) Diferentemente do modelo de Dalton, suas descobertas foram comprovadas experimentalmente. 25. Como os conhecimentos sobre o fenômeno da radioatividade contribuíram para a construção do modelo de Rutherford?

a) A maioria das partículas alfa atravessaria os átomos da lâmina sem sofrer desvio de sua trajetória. b) Ao atravessar a lâmina, uma maioria de partículas alfa sofreria desvio de sua trajetória. c) Um pequeno número de partículas alfa atravessando a lâmina sofreria desvio de sua trajetória. d) Um grande número de partículas alfa não atravessaria a lâmina. e) As partículas alfa teriam cargas negativas.

33. (UFMG) Em 1909, Geiger e Marsden realizaram, no laboratório professor Ernesta Rutherford, série de experiênciasdoque envolveram interação deuma partículas alfa com a matéria. Esse trabalho, às vezes, é referido como “Experiência de Rutherford”. O desenho a seguir esquematiza as experiências realizadas por Geiger e Marsden. ij u Y J.

Au Po

Partículas alfa

26. Por que, ao longo dos tempos, os cientistas propuseram diversos modelos para representar o átomo?

Pb

27. Comente a frase: “ O modelo atômico de Rutherford mos tra

Pb

ZnS

exatamente como é o átomo, pois indica que ele tem um núcleo e uma eletrosfera ao redor deste”. Uma amostra de polônio radioativo emite partículas alfa, que incidem sobre uma lâmina muito fina de ouro. 28. Como seria o resultado do experimento de Rutherford, se o átomo fosse como propõe o modelo de Thomson? Um anteparo de sulfeto de zinco indica a trajetória das partículas alfa após terem atingido a lâmina de ouro, uma 29. Durante a experiência realizada sobre a estrutura da vez que, quando elas incidem na superfície de ZnS, ocorre matéria, Rutherford chegou às seguintes conclusões: uma cintilação. I – O átomo é constituído por duas regiões distintas: o a) Explique o que são partículas alfa. núcleo e a eletrosfera. b) Descreva os resultados que deveriam ser observados II – O núcleo atômico é extremamente pequeno em relação nessa experiência se houvesse uma distribuição ao tamanho do átomo. homogênea das cargas positivas e negativas no átomo. III – O átomo tem uma região em que existe muito espaço c) Descreva os resultados efetivamente observados por vazio. Geiger e Marsden. Quais fatos levara m Rutherford a chegar a essas conclusões? d) Descreva a interpretação dada por Rutherford para os 30. Qual região do átomo é mais densa? Por quê? resultados dessa experiência. 31. Uma importante contribuição ao estudo da matéria foi a 34. Com base na teoria atômica de Rutherford, é correto descoberta de modelos e partículas presentes no átomo. apenas se afirmar que: Relacione os nomes dos cientistas com as alternativas citadas. I – O átomo possui duas regiões distintas: a eletrosfera 1) Rutherford. 3) Chadwick. e o núcleo. 2) Dalton. 4) Thomson. a) É o descobridor do nêutron. b) Seu modelo atômico era semelhante a uma bola de bilhar. c) Seu modelo atômico era semelhante a um panetone. d) Criou um modelo para oátomo semelhante aoSistema Solar. 32. (UFSC) Na famosa experiência de Rutherford, no início do século XX, com a lâmina de ouro, o(s) fato(s) que (isoladamente ou em co njunto) indicava(m ) o átomo possuir um núcleo pequeno e positivo foi (foram): 166

II – Os elétrons encontram-se no núcleo e possuem carga positiva. III – Embora possua a maior massa, o núcleo ocupa a menor parte do átomo. IV – Os elétrons, situados na eletr osfera, organi zam-se em um mesmo nível de energia. a) I e II. d) II e IV. b) I e III. e) III e IV. c) II e III.

35. (UFPA) A realização de experimentos com descargas elétricas em tubo de vidro fechado, contendo gás à baixa pressão, produz os raios catódicos. Esses raios são constituídos por um feixe de: a) Nêutrons. b) Partículas α (alfa). c) Raios X. d) Prótons. e) Elétrons. 36. Em seu famoso experimento, Rutherford bombardeou uma finíssima folha de ouro com um feixe de p artículas alfa ( α ), cuja carga é positiva. Com isso ele observou que a maioria

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

das partículasUma alfa pequena atravessava a lâmina, desviava,alfa nemera retrocedia. parcela dasnão partículas desviada de sua trajetória e outra pequena parcela era refletida. Então, inferiu-se que: a) A matéria era composta por átomos extremamente maciços. b) A radiação obervada não possui massa, por isso atravessava a folha de ouro. c) O experimento mostrou-se inconclusivo, pois as partículas alfa apresentaram três comportamentos distintos. d) Uma pequena parcela das partículas alfa era repelida por colidir com os elétrons, cuja carga é positiva. e) Grande parte dos átomos consistia em espaços vazios e uma pequena parcela das partículas alfa era refletida após colidir com o núcleo, também positivo. (UFPE) Aoforam longo da história da Ciência, 37. atômicos propostos até chegarmos aodiversos modelomodelos atual. Com relação ao modelo atômico de Rutherford, julgue os itens abaixo, considerando C para os corretos e E para os errados: a) Foi baseado em experimentos com eletrólise de soluções de sais de ouro. b) É um modelo nuclear que mostra o fato de a matéria ter sua massa concentrada em um pequeno núcleo. c) É um modelo que apresenta a matéria, sendo constituída por elétrons (partículas de carga negativa), em contato direto com prótons (partículas de carga positiva). d) Não dá qualquer informação sobre a existência de nêutrons. e) Foi deduzido a partir de experimentos de bombardeio de finas lâminas de um metal por partículas α. 38. O átomo de Rutherford, também conhecido como modelo planetário, surgiu com base na experiência em que se bombardeava uma fina lâmina de ouro com radiação alfa. A este respeito, considere C para as alternativas corretas e E para as erradas. a) Rutherford propôs que os elétrons estão em contato direto com os prótons. b) Antes de propor sua teoria, Rutherford já sabia que a radiação alfa era constituída por partículas positivas. 167

c) Neste modelo, os elétrons se distribuem ao redor do núcleo, de forma similar aos planetas em torno do sol. d) O estudo dos fenômenos associados à radi oatividade foi de extrema importância para o desenvolvimento desse modelo atômico.

1

2

39. (UFSC) A palavra átomo é srcinária do grego e significa indivisível, ou seja, segundo os filósofos gregos, o átomo seria a menor partícula da matéria que não poderia ser mais dividida. Atualmente, essa ideia não é mais aceita. A respeito dos átomos, é verdadeiro afirmar que: a) Não podem ser desintegrados. b) São formados por, pelo menos, três partículas fundamentais. c) Possuem partículas positivas denominadas elétrons. d) Apresentam duas regiões distintas, o núcleo e a eletrosfera. e) Apresentam elétrons, cuja carga elétrica é negativa. f) Contêm partículas sem carga elétrica, os nêutrons.

3

4

5

6

40. (UFMG) Os diversos modelos para o átomo diferem quanto às suas potencialidades, para explicar fenômenos e resultados experimentais. Em todas as alternativas, o modelo atômico está corretamente associado ao resultado experimental que ele pode explicar, EXCETO em: a) O modelo de Rutherford explica por que algumas partículas alfa não conseguem atravessar uma lâmina metálica fina e sofrem fortes desvios. b) Odemodelo de sódio Thomson explica por que dissolução cloreto de em água produz umaasolução que conduz eletricidade. c) O modelo de Dal ton explica por que um gás, submetido a uma grande diferença de potencial elétrico, torna-se condutor de eletricidade. d) O modelo de Dalton explica por que a proporção em massa dos elementos de uma substância composta é definida.

41. (ITA-SP) Considerando a experiência de Rutherford, assinale a alternativa falsa: a) A experiência consistiu em bombardear películas metálicas delgadas com partículas alfa. b) Algumas partículas alfa foram desviadas do seu trajeto devido à repulsão exercida pelo núcleo positivo do metal. c) Observando o espectro de difração das partículas alfa, Rutherford concluiu que o átomo tem densidade uniforme. d) Essa experiência permitiu descobrir o núcleo atômico e seu tamanho relativo. e) Rutherford sabia, antecipadamente, que as partículas alfa eram carregadas positivamente.

7

O átomo e suas partículas

s o ic m tô a s lo e d o m s o a

Prótons, nêutrons, elétrons… Depois que os estudos sobre o átomo revelaram que ele não era uma esfera maciça e indivisível, estava aberto o terreno para a descoberta de outras partículas. Durante o século XX foram identificadas diversas partículas, como oneutrino, o pósitron e o méson π (pi). Para nós, o méson tem um significado especial: ele foi descoberto em 1947, com base nos trabalhos de uma equipe composta pelo físico brasileiro Cesare Mansueto Giulio Lattes (César Lattes) [1924-2005], pelo inglês Cecil Frank Powell [1903-1969] e pelo italiano Giuseppe Occhialini [1907-1993].

PARE E PENSE

o m is m to a o D

Considerando a carga das partículas básicas, num átomo neutro o número de prótons deve ser igual, superior ou inferior ao número de elétrons?

4 O L U ÍT P A C

Para a compreensão dos processos químicos, no entanto, iremos aprofundar

nossos conhecimentos apenas sobre as partículas básicas:prótons, elétrons 4 2

He

ij u Y J.

2p 2n 2e

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

No átomo de hélio (He), o número de prótons é igual ao número de elétrons.

E /A o d a st E a ic n ê g A i/ in t n ce i V ir A

e nêutrons. 4 4

1 1

ji u Y .J

H

4p 4n 4e

1p 0n 1e

No átomo de berílio (Be) tem-se 4 prótons e 4 elétrons.

No átomo de hidrogênio (H) só há um próton e um elétron.

As principais características dessas partículas estão listadas na tabela a seguir. Observe que a carga elétrica e a massa correspondem a valores muito pequenos quando usamos o SI. Por esse motivo, os químicos buscaram outras escalas para facilitar as operações numéricas. Essas escalas são relativas à carga e à massa do próton. Portanto, daqui por diante, quando nos referirmos à carga do átomo e de suas partículas, adotaremos uma carga relativa e não o padrão de unidade do SI. Partículas básicas constituintes dos átomos e algumas de suas características Nome

Nascido em Curitiba, César Lattes [1924-2005] foi um dos mais importantes cientistas brasileiros e sua participação na descoberta do méson , partícula subatômica que garante a coesão do núcleo atômico, deulhe projeção internacional e uma indicação ao Prêmio Nobel.

ij u Y .J

Be

C ar g a M a ss a Região do Símbolo Relativa Relativa átomo Coulombs g ao próton ao próton

Elétron eletrosfera

e

1–

–1,6 ⋅ 10–19

1/1840

9,11 ⋅ 10–28

Próton

núcleo

p

1+

1,6 ⋅ 10–19

1

1,67 ⋅ 10–24

Nêutron

núcleo

n

0

0

1

1,67 ⋅ 10–24

De acordo com a tabela acima, as partículas constituintes do átomo, que possuem carga, são os prótons (–) positiva (–) e os elétrons (–) negativa. A carga do próton só difere da do elétron em sinal, ou seja, são iguais em módulo (em valor absoluto). Portanto, quando o número de prótons de um átomo for igual ao número de elétrons, esse átomo é eletricamente neutro. 168

Quando o número de elétrons de um átomo não for igual ao seu número de prótons, ele terá uma carga residual. A carga de um átomo é fornecida pela diferença entre os seus números de prótons e elétrons. Os átomos ou grupos de átomos, que têm número de elétrons diferente do de prótons, são chamados íons. Os íons podem ser positivos ou negativos. Os positivos são chamadoscátions e os negativos ânions. A representação de íons é feita da seguinte maneira: carga X , em que X representa o símbolo do elemento químico. A carga deve ser demonstrada pelo seu valor numérico, quando superior a 1, sempre seguido do seu sinal (positivo ou negativo). Cuidado para não colocar o sinal antes do número. Exemplos: Na+, Cl–, Ca2+, O2–.

1

2

3

Número atômico Vejamos agora outras características dos átomos. Para isso, faça a atividade a seguir, antes de prosseguir em sua

4

leitura. 5

Construção do Conhecimento A tabela a seguir apresenta alguns tipos de átomos com seus símbolos e números de partículas constituintes. Os elementos químicos são representados por diferentes símbolos, formados por uma ou duas letras, sendo a primeira sempre maiúscula e a segunda, se houver, sempre minúscula. Analise os dados da tabela e responda: D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1. Observando a tabela abaixo, identifique as partículas que os átomos de um mesmo elemento químico têm em comum. 2. Sabendo que os átomos dos elementos químicos podem perder ou ganhar elétrons, formando, respectivamente, cátions e ânions, qual a partícula que sempre permanece comum em átomos de um mesmo elemento químico?

ALGUNS TIPOS DE ÁTOMOS COM SEUS SÍMBOLOS E NÚMEROS DE PARTÍCULAS BÁSICAS Tipodeátomo

Símbolo

Prótons

N ê u t r on s

Elétrons

Hidrogênio

H

1

–

1

Hidrogênio

H

1

1

1

Hidrogênio

H

1

2

1

Hélio

He

2

2

2

Hélio

He

2

1

2

Carbono

C

6

6

6

Carbono

C

6

8

6

Oxigênio

O

8

8

8

Oxigênio

O

8

9

8

Césio

Cs

55

82

55

Césio

Cs

55

89

55

Os dados da tabela indicam que o número de prótons e elétrons de cada tipo de átomo é sempre o mesmo, o que, de fato, ocorre com os átomos de todos os outros elementos químicos. Entretanto, os átomos podem perder ou ganhar elétrons com razoável facilidade. É o que acontece quando esfregamos uma régua em nossoabelo, c como foi citado no início deste capítulo. Já os prótons estão sob a ação de forças nucleares fortes, que os mantêm no núcleo atômico, dificilmente removíveis dessa região. Nesse sentido, o que é comum aos átomos de um mesmo elemento químico é o número de prótons. 169

6

7

s o ic m tô a s lo e d o m s o a

Foi em 1913 que o jovem físico inglês H. G. J. Moseley [1887-1915], que trabalhava com Ernest Rutherford realizando estudos com raios X, relacionou as propriedades dos átomos ao número de prótons que eles continham. Em seus estudos, esse número correspondia a uma variável matemática que era denominadaZ. A partir daí, o número de prótons passou a significarnúmero atômico e é representado pela letra Z:

o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

Z = p (no de prótons)

Número de massa Outro dado importante a respeito dos átomos é conhecido como número de massa. Representado pela letra A, é o número de prótons somado ao número C de nêutrons de um átomo. O número de massa considera apenas os prótons

ij u Y .J

e nêutrons porque esses possuem a massa mais significativa do átomo, uma vez que a massa dos elétrons pode ser considerada desprezível. 6p 6n

A = Z + n (no de nêutrons)

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

6e

Muitas vezes, no estudo da Química, é preciso ter informação sobre o número atômico ou o número de massa de um tipo de átomo, visto que átomos de um mesmo elemento químico podem apresentar diferentes números de Representaçãoda eletrosfera e do núcleo nêutrons e, consequentemente, variados números de massa. Para facilitar, de um átomo de carbono. convencionou-se representar os átomos pela simbologia a seguir: A X Z 23 em que X é o símbolo do elemento. Exemplos:11 Na e 1735 Cl. Em razão da dificuldade de representar todas as partículas, muitas vezes representamos os átomos como na figura acima.

Elemento químico e isótopos Ao longo dos tempos, vários conceitos foram atribuídos aos elementos químicos. No modelo de Dalton, a diferença entre átomos de elementos químicos distintos estava na sua massa. Todavia, o estudo de Moseley demonstrou que a identidade dos átomos de cada elemento químico está relacionada ao número atômico. A partir de então, passouse a adotar um novo conceito para elemento químico, o qual se refere ao número de prótons dos átomos, ou seja, ao seu número atômico.

Elemento químico é um tipo de átomo caracterizado por determinado número atômico. Na natureza, podemos encontrar mais de um tipo de átomo do mesmo elemento químico. Por exemplo, existem três tipos de átomos de hidrogênio, diferentes apenas pelas suas massas. Todos, porém, têm o mesmo número atômico, ou seja, o mesmo número de prótons e, por isso, são classificados como hidrogênio. O mesmo acontece com átomos de carbono, de oxigênio e de outros elementos químicos. Cada tipo de átomo é denominadonuclídeo. Portanto, nuclídeos são átomos de um mesmo elemento químico caracterizados pordeummassa número de massa específico; em outras palavras, são átomos que possuem números atômicos iguais e números diferentes.

Nuclídeo é um tipo de átomo de um elemento químico caracterizado por um número de massa específico. Existem átomos de elementos químicos que são mononuclídicos, como o berílio (Be), o alumínio (Al), o fósforo (P), o flúor (F), entre outros. Quando átomos de um dado elemento químico ocorrem com mais de um nuclídeo, esses são denominados isótopos. Portanto: 170

Isótopos são átomos de um mesmo elemento químico com diferentes números de massa.

1

O oxigênio possui três isótopos, conforme as representações. Observe que a diferença entre esses isótopos está no número de nêutrons. ij u Y J.

ij u Y .J

O

16 8

ji u Y J.

O

17 8

2

O

18 8

3

8p 8n

8e

8p 9n

8e

8p 10n

8e 4

5

É importante conhecer a natureza dos nuclídeos, pois eles têm algumas propriedades diferentes; por exemplo, alguns são radioativos e outros não. A identificação do isótopo ou nuclídeo é dada pelo seu número de massa. Assim, no caso do oxigênio, eles são identificados como nuclídeo oxigênio-16 ( 16O), nuclídeo oxigênio-17 (17O) e nuclídeo oxigênio-18 (18O).

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

6

7 Modelo atômico de Bohr

7 k c to rs e tt u h S /r e th ra P h ig e L

C

om o modelo proposto por Rutherford para descrever o átomo, foi Bohr acrescentou explicações ao possível entender uma série de fenômenos que não eram explicados modelo de Rutherford , que permitiram a pelos modelos anteriores, entre eles as emissões de partículas pelos átomos adaptação ao modelo srcinal de Rutherford. dos elementos radioativos. No entanto, a análise do experimento de Rutherford e do seu próprio modelo levantou algumas questões que não podiam ser respondidas pelas PARE E PENSE teorias da Física, conhecidas naquela época, como: por que os elétrons O que é luz? (partículas negativas) não caem sobre o núcleo (carga positiva) em virtude Qual a relação da luz com os átomos? da atração eletrostática? Nas primeiras décadas do século XX, o estudo de diversos fenômenos físicos possibilitou debates acirrados entre os cientistas que apresentavam diferentes explicações para o mesmo processo. Foi um momento histórico: nascia um novo jeito de interpretar o Universo que nos rodeia. As evidências experimentais e os estudos teóricos foram, aos poucos, demonstrando que, no fantástico mundo microscópico do átomo, ocomportamento das partículas segue leis diferentes das aplicadas aos corpos de grandes dimensões. Foi nesse fervilhante ambiente de discussões científicas que surgiu um novo modelo para explicar a estrutura do átomo:o modelo quântico, porta de entrada 171

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

energia elétron

ji u Y .J

núcleo De acordo com a Física Clássica, o elétron,

ao girar em torno do núcleo, perderia energia e iria diminuindo a sua órbita até colapsar com o núcleo. Como resolver esse problema?

para uma grande revolução tecnológica do século XX, o desenvolvimento da computação. Compreender os novos modelos requer conhecimentos mais elaborados de Física, que envolvem princípiosde eletromagnetismo. Por enquanto,vamos apenas introduzir alguns conceitos sobre as mudanças ocorridas em relação ao modelo de Rutherford, no que se refere à estrutura eletrônica dos átomos e, no terceiro volume vamos estudar o modelo quântico. Comecemos o estudo pelo experimento a seguir, que nos apresenta dados que podem ser explicados por um modelo que antecedeu ao modelo quântico: o modelo atômico de Bohr. Uma propriedade dos átomos conhecida desde o século XIX é a emissão de luz, que acontece quando eles são aquecidos em uma chama, como

você poderá observar nooutros experimento seguir. Além luz, os por átomos também emitem tipos dea radiação, o quedesóemitir é percebido instrumentos ópticos. Sabe-se que, quando a luz solar atravessa um prisma, ela se decompõe nas cores do arco-íris. A esse fenômeno damos o nome espectro luminoso (veja quadro no início da próxima página).

Atividade Experimental D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Átomos que emitem luz Este experimento é demonstrativo. Deve ser feito apenas pelo professor no laboratório ou em sala apropriada na escola.

Materiais 51 fios níquel-crômio (resistência de chuveiro) bicode de 10 gáscm oudelamparina a álcool Pinça de madeira ou pregador de roupas de madeira Soluções aquosas 0,5 mol/L de: NaCl, KCl, CuSO4 ⋅ 5H2O, CaCl2 e BaCl2

Procedimento 1. 2. 3. 4. 5.

Prenda cada fio de níquel-crômio a um suporte de madeira e faça um pequeno gancho na outra extremidade. Mergulhe um fio na solução de cloreto de sódio (NaCl). Coloque-o na chama, que deve ser regulada para estar bem clara. Observe a coloração da chama e anote no caderno. Repita os procedimentos anteriores utilizando um pedaço de fio de níquel-crômio para cada solução. Evite usar um mesmo fio de níquel-crômio para mais de uma solução para prevenir contaminação. Se assim for necessário, lave bem o fio antes de usá-lo na outra solução.

Destino dos resíduos Evite contaminação das soluções, não misturando os fios usados de cada solução para que elas possam ser devidamente rotuladas e armazenadas pelo professor, para que sejam reaproveitadas em outras atividades.

Análise de dados 1. O que você observou? 2. Qual é a relação entre as cores observadas com as substâncias que foram aquecidas? 3. A qual conclusão você pode chegar a partir desses testes? 172

ij u Y

vermelho

.J

luz branca

1

alaranjado amarelo verde azul prisma

anil violeta

A luz é uma combinação de ondas luminosas 2

de diferentes frequências, que podem ser separadas por um prisma , obtendo-se as cores do arco-íris.

As radiações emitidas pelos átomos podemser detectadas por alguns instrumentos ópticos que separam a radiação, gerando um efeito semelhante ao do arco-íris – resultado da divisão da luz branca. Esses aparelhos são chamados espectrômetros e as cores obtidas para os átomos de cada elemento químico são denominadas linhas espectrais. Os espectros dos átomos começaram a ser estudados em 1859 pelos cientistas alemães Gustav Robert Kirchhoff [1824-1887] e Robert Wilhelm Bunsen [1811-1899] e foram de vital importância para o desenvolvimento da Química Analítica. O espectrômetro permite identificar precisamente a composição de substâncias e materiais sem destruí-los. Hoje, muitos exames clínicos na Medicina têm utilizado esses instrumentos. Por que diferentes átomos emitem diversos espectros luminosos? Essa pergunta começou a ser respondida com base nas pesquisas do físico dinamarquês Niels Henrik David Bohr [1885-1962]. Após estudar o espectro do átomo de hidrogênio, ele propôs um novo modelo atômico para explicar o fenômeno. Vejamos a seguir as principais ideias desenvolvidas por ele. ji u Y J.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

3

4

5

6

Espectro de átomos de hidrogênio (região visível) 7

A decomposição daradiação emitida por átomos de hidrogênio produz um espectro de luz com cores bem definidas. Essas linhas espectrais são como a “impressão digital” dos átomos de hidrogênio.

Com os estudos do eletromagnetismo, sabe-se hoje, que a luz assim como várias outras radiações, como os raios X, são ondas eletromagnéticas. Uma onda eletromagnética corresponde a uma variação combinada de um campo elétrico e um campo magnético (veja figura abaixo). Essa variação ocorre por meio de vibrações, que se propagam na forma de uma onda, como as ondas que se propagam na superfície de um líquido. a d n o H e g r o J

s n e g a m I ils ra B o çã p O

 = Comprimento de onda

Campo Elétrico

E

(distância entre duas cristas sucessivas)

Distância Campo Magnético  = Frequência

M C Velocidade da luz

(número de ciclos por segundo passando por um ponto fixo)

A propagação de uma radiação eletromagnética se dá pela variação do campo elétrico (E) e do campo magnético (M), e é caracterizada por comprimento de onda() e frequência ().

A festa de réveillon no Rio de Janeiro, embelezada quimicamente. Nos tradicionais fogos de artifício, são adicionadas substâncias cujos átomos emitem radiações de luminosidades diferentes.

As ondas eletromagnéticas variam por seu comprimento de onda e sua frequência (veja ilustração acima). Observe que quanto menor o comprimento de onda, maior será a frequência. Sabe-se ainda que quanto menor o comprimento de onda, maiores serão a frequência e a sua energia. O espectro a seguir ilustra os diferentes tipos de radiação. 173

s o ic m tô a s lo e d o m s o a

As ondas eletromagnéticas têm tido uma larga aplicação, como as ondas de micro-ondas, usadas em fornos para aquecer alimentos; as ondas de rádio na transmissão de canais de rádio; as ondas de infravermelho usadas na medicina; as ondas visíveis na iluminação pública etc. ji u Y J.

Espectro eletromagnético

o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

O n d a sd er á d i o

I n f ra ve rmelho

R a i o sX

M ic r o - o n d a s

U l t r a v io l e t a

R a i o sc ó s m i c o s R a i o sg a m a

Espectro visível

Infravermelhporóximo Termoterapia e secagem pelo calor

Ultravioletparóximo Efeitos germicidas, fotoquímicos, fotoelétricos e fluorescentes

A decomposiçãocompleta da radiação solar produz uma variedade de radiações que formam as cores do arco-íris. Essas radiações, chamadas radiações eletromagnéticas, têm diversas aplicações. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

it t u m e D ly e H

O conhecimento atual sobre a estrutura dos átomos nos indica que seus elétrons têm diferentes quantidades de energia: alguns são mais energéticos, outros menos. Sabe-se, ainda, que essa quantidade de energia é fixa e que cada quantidade é denominada nível de energia. Os diferentes níveis de energia identificados para os elétrons são representados pela letra n. Os estudos de Bohr para átomos de hidrogênio demonstraram que os elétrons podem passar deum nível de energia para outro. Segundo esses estudos, os elétrons que estão nos níveis energéticos mais baixos ocupam umaregião mais próxima do núcleo; os que estão em níveis energéticos Espectrômetr o usado na Medicina para identificar e medir os mais altos ocupam regiões mais afastadas. níveis de drogas no sangue de pessoas tratadas com anticancerígenos. De acordo com o trabalho de Bohr, ao receber energia, os elétrons “saltam” para os níveis energéticos mais afastados do núcleo. Posteriormente, eles podem perder a mesma quantidade de energia. Quando isso acontece, eles emitem energia, “saltando” de volta para os níveis energéticos mais baixos. Essa energia liberada corresponde à luminosidade observada quando átomos emitem luz, o que, por sua vez, pode ser analisado em espectrômetros. As diferenças de energia entre níveis energéticos correspondem aos valores fixos. ij u Y .J

Espectro visível

Com esse modelo, que fez previsões muito acertadas para os átomos de hidrogênio, Bohr explicou as emissões de luz observadas no experimento. Os dados demonstram que os átomos, ao absorver energia, podem, posteriormente, emitir radiações que, ao atravessar um prisma, são decompostas em um espectro. Os espectros atômicos não são contínuos como o espectro luminoso, mas caracterizados por cores específica s, que se apresentam em linhas espectrais. 174

As radiações emitidas pelos átomos correspondem à energia emitida por seus elétrons ao retornarem aos níveis energéticos mais baixos. Como os elétrons estão em níveis estacionários, só serão emitidas radiações que correspondam à diferença entre os níveis de energia. Por isso, os espectros atômicos são descontínuos e cada linha espectral corresponde a um nível de energia. Com base em cálculos para átomos com apenas um elétron e com o conhecimento de Física da época, Bohr postulou que os elétrons dos átomos estão confinados em certos níveis estáveis de energia. Esses

400

600

700

Hg

2

Longitude de onda (nm)

3

H

400

500

600

700 4

para o nível energético srcinal. Átomos de elementos distintos emitem diferentes luminosidades, porque seus elétrons ocupam diversos níveis de energia. J.

Transferência de energia para os elétrons, segundo Bohr

energia

energia

Ao receber energia, os elétrons saltam para os níveis mais energéticos.

1

Ne

Diferentemente do espectro luminoso , que é contínuo, os espectros atômicos são caracterizados por linhas espectrais. A explicação de Bohr afirma que cada linha corresponde a um nível energético do elétron.

Modelo atômico de Rutherford-Bohr

Ao retornar aos níveis energéticos de srcem, há liberação de energia. 175

5

6 ji u Y .J

7

K L M N O P Q núcleo

átomo sódio foramperderam excitadosenergia, e saltaram níveis Depois,de esses elétrons sobpara a forma demais luz, eenergéticos. retornaram

ij u Y

ji u Y .J

H

foram chamados estados estacionários de energia. Para Bohr, cada estado estacionário de energia seria associado a um nível de energia, que é representado pela letra n e varia de 1 a 7, assumindo valores inteiros. No modelo de Bohr, cada um desses níveis é descrito por uma órbita ao redor do núcleo. As órbitas mais próximas do núcleo corresponderiam aos níveis menores de energia. Ainda de acordo com o modelo de Bohr, para os elétrons passarem de um nível inferior para outro mais elevado de energia, eles têm de absorver energia em quantidade estritamente suficiente para isso. Quando retornam ao nível srcinal, eles têm de emitir de volta a energia absorvida, na forma de radiação luminosa. Esse modelo de Bohr permitiu a explicação da emissão de luz por algumas substâncias. Observe na figura ao lado uma representação simplificada do modelo de Bohr. Quando o cloreto de sódio foi levado à chama, os elétrons do

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

500

eletrosfera

Bohr aperfeiçoou o modelo de Rutherford e desenvolveu um novo modelo , conhecido como Rutherford-Bohr, o qual representa os elétrons, girando em órbitas representadas pelas letras K , L , M, N, O, P e Q. Lembre-se, todavia, de que esse modelo não representa, adequadamente , o movimento dos elétrons, pois hoje sabemos que eles não giram em órbitas.

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

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Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

42. Na Química, para estudarmo s a matéria se faz necessário entender as características dos átomos, como número atômico, de massa, elétrons e carga; sendo assim, na tabela abaixo, substitua as letras de a até v pelos valores corretos: Espécie química

Símbolo

Bário

a

Cátion alumínio

e

f1

Cátion cálcio

j

40

Ânion do oxigênio

O2-

Ânion do cloro

r

A

Z

N

P

E Re p r e s e n t a ç ã o

137 b 81 c d

137 56

Ba

3 14 g h

i

k

n

l 20 n

1) Essas três espécies químicas apresentam o fenômeno da isotopia, pois, apesar das massas atômicas serem diferentes, apresentam as mesmas propriedades químicas. 2) O cátion bivalente trítio possui número atômico igual a 1 e número de massa igual a 3. 3) Os isótopos do hidrogênio são os únicos que apresentam nomes próprios e por serem naturais são encontrados nas mesmas proporções em amostras

desses elementos.

4) Os nuclídeos de hidr ogênio são caracteri zados pelo seu número de massa. 5) Os cátions monovalente, bivalente e trivalente de prótio, deutério e trítio podem ser representados da mesma forma, já que pertencem ao mesmo elemento químico, o hidrogênio.

45. Com base nas características do átomo e na imagem ao 8 16 op 35s

q

q

t 17 v

v

lado, julgue os itens a seguir, em C para os corretos e E para os errados.

Elétron Nêutron

43. (Vunesp) Entre as alternativas a seguir, indique a que contém a afirmação correta. a) Dois átomos, que têm o mesmo número de nêutrons, pertencem ao mesmo elemento químico. b) Dois átomos com igual número de elétrons pertencem ao mesmo elemento químico. c) Dois átomos, que têm o mesmo número de prótons, pertencem ao mesmo elemento químico.

d) Dois átomos com iguai s números de massa são isótopos. e) Dois átomos com iguais números de massa pertencem ao mesmo elemento químico.

44. A respeito das três espécies químicas a seguir, julgue os itens em C para os corretos e E para os errados

Próton

1. O núcleo é muito menor que a eletrosfera e é constituido por elétrons e prótons. 2. É convencionado que os prótons possuem carga positiva, os elétrons possuem carga negativa e os nêutrons possuem carga nula. 3. Os átomos são diferenciados por sua massa atômica. 4. A maior parte do átomo é a eletrosfera, onde também se concentra a maior massa. 5. A parte mais densa do átomo é o núcleo. 46. Observe estas duas espécies químicas: Na e Na +. Quais são os nomes e qual é a diferença existente entre elas?

47. (IME-RJ) Um isótopo de iodo usado, no tratamento de Prótio

Deutério

distúrbios da tireoide, é 13 153I. Dê o número de: a) Prótons no núcleo. b) Nêutrons no núcleo. c) Elétrons em um átomo de I.

Trítio

Próton Elétron Nêutron

176

d) Prótons no íon I– formado pelo isótopo. e) Elétrons no íon I– formado pelo isótopo.

48. Consider ando a representação dos seguintes átomos, com símbolos diferentes, descritos abaixo: 11 5

W

238 92

X

12 6

Y

235 92

Z

Considere a alternativa incorreta: a) Apesar de possuírem massas diferentes, X e Z representam o mesmo elemento. b) O número atômico dos elementos W e Z são,

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

respectivamente, 5 e 92. c) O elemento X é isótopo do elemento Z, pois apresentam o mesmo número atômico. d) Os elementos W e Y têm o mesmo nú mero de nêutrons. e) Em todos os átomos, a quantidade de elétrons é diferente da quantidade de prótons. 49. (PUCC-SP) A água pesada, utilizada em certos tipos de reatores nucleares, é composta por dois átomos de deutério (número de massa 2) e pelo isótopo 16 de oxigênio. O número total de nêutrons na molécula da água pesada é: (Dados: hidrogênio, Z = 1; oxigênio, Z = 8) a) 10 b) 12 c) 16 d) 18

50. (Unisinos-RS) O que os íons Ca

e S2– , srcinados, respectivamente, de átomos fundamentais dos elementos 40 Ca e 1632S, têm em comum é o fato de que: 20 2+

a) Ambos têm o mesmo número de elétrons. b) Ambos foram produzidos pela perda de elétrons, a partir do átomo de cada elemento, no estado fundamental. c) Ambos foram produzidos pelo ganho de elétrons, a partir do átomo de cada elemento, no estado fundamental. d) Ambos têm o mesmo número de nêutrons. e) Ambos têm o mesmo número de prótons. 51. (UFU-MG) As primeiras ideias sobre a constituição da matéria estavam baseadas em razões filosóficas e cosmológicas. Modernamente, essas ideias foram retomadas, apoiando-se a teoria em fatos experimentais. Vários modelos foram propostos – entre eles o mo delo de Bohr, que sofreu muitas críticas por ter mantido a visão macroscópica e planetária de Rutherford. Considere as afirmações corretas ( C ) e as erradas ( E ) relacionadas com o modelo atômico de Bohr. 177

1) O núcleo tem carga positiva e os elétrons de carga negativa giram em torno dele em órbitas determinadas. 2) Elétrons de diferentes energias ocupam órbitas diferentes. 3) A passagem de um elétron de uma órbi ta para outra mais distante do núcleo se dá por emissão de energia. 4) Um elétron que gira em determinada órbita está constantemente absorvendo energia. Leia o texto a seguir para responder às questões 52, 53 e 5 4. ”Os fogos de artifício são, basicamente, um dispositivo que fica envolvido em um cartucho de papel. Na parte inferior do cartucho fica o propelente – a carga explosiva que leva os fogos para o alto. Na parte superior fica a ‘bomba’, com pequenos pacotinhos de sais responsáveis pelas diferentes cores e efeitos que surgem nas explosões. Há dois pavios, um para o propelente, que queima mais rápido, e outro para a bomba, que é mais demorado para que exploda somente n o céu. (...)” A disposição dos pacotes de sais na bomba causa os diferentes desenhos que se formam na hora da explosão. Já para conseguir as cores variadas, as bombas são compostas por átomos de elementos químicos específicos (veja quadro).

AS CORES DO SHOW Um elemento químico diferente é responsável por cada coloração dos fogos de artifício:

Amarelo

Sódio(Na)

Azul-esverdeado

Cobre(Cu)

Branco-metálico

Magnésio (Mg)

Vermelho

Cálcio(Ca)

Vermelho-carmim

Estrôncio(Sr)

Verde

Bário(Ba)

Violeta

Potássio(K)

Disponível em: . Acesso em: 6 maio 2016

52. O modelo atômico que explica este fenômeno foi idealizado por: a) Dalton. b) Tomson.

c) Ruther ford. d) Bohr.

e) William Crookes.

1

2

3

4

5

6

7

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

53. Na hora em que a pólvora explode, as diferentes cores ocorrem porque: a) Embora permaneçam em posições fixas, a vibração na eletrosfera produz diferentes cores. b) Ao receber energia, os elétrons saltam para níveis de maior energia, e ao retornar liberam a energia absorvida em forma de luz colorida. c) Ocorre a desintegração nuclear, liberando radiação de diversas cores. d) Ao receber energia, os elétron s saltam para níveis de menor energia, liberando energia em forma de luz colorida. e) Nenhuma das alternativas anteriores. 54. Em uma queima de fogos de artifício, as colorações observadas foram vermelho, branco e amarelo. Os elementos usados na fabricação dos fogos de artifício podem ter sido, respectivamente: a) Estrôncio, magnésio e sódio.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

e) Os níveis eletrônicos no modelo de Bohr estão associa dos à energia do elétron. 57. (UFU-MG) Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr são cientistas que contribuíram, significativamente, para o desenvolvimento da teoria atômica. Em relação à estrutura atômica, assinale com C a(s) alternativa(s) corretas(s) e com E a(s) erradas(s). a) Dalton postulou, baseado em evidências experimentais, que o átomo era uma “bolinha” extremamente pequena, maciça e divisível. b) Os dos experimento s de descargas em resultados gases rarefeitos permitiram a Thomson proporelétricas um modelo atômico constituído por cargas negativas e positivas. c) Experimentos de bombardeamento de uma placa de ouro com partículas alfa levaram Rutherford a propor um modelo atômico, em que o átomo era constituído por um núcleo e uma eletrosfera de iguais tamanhos.

d) A interpretação dos estudos com espectros do hidrogênio levou Bohr a propor que o átomo possui órbitas definidas por determinadas energias. e) No modelo atômico de Bohr, os diversos estados energéticos, para os elétrons, foram chamados camadas ou níveis de energia. 58. Observe a imagem abaixo relativo ao modelo atômico

b) Magnésio, cobre e potássio. c) Bário, cobre e magnésio. d) Cálcio, bário e potássio. e) Sódio, cobre e bário.

55. (UFPE) Comparando-se os modelos atômicos de Rutherford e de Bohr, pode-se afirmar que: a) Nos dois modelos, o núcleo é considerado pequeno em relação ao tamanho do átomo e possui quase toda a massa do átomo. b) Nos dois modelos, os elétrons descrevem trajetórias circulares em torno do núcleo. c) Nos dois modelos, as interações eletrostáticas não são importantes para descrever a estabilidade do átomo. d) No modelo de Bohr, os elétrons podem ter quaisquer valores de energia. e) No modelo de Bohr, para o átomo de hidrogênio, o elétron, quando estiver na camada 2s, realizará espontaneamente uma transição para a camada 3s. 56. (UFMG) Com relação ao modelo atômico de Bohr, a afirmativa FALSA é: a) Cada órbita eletrônica corresponde a um estado estacionário de energia. b) O elétron emite energia ao passar de uma órbita mais interna para uma mais externa. c) O elétron gira em órbitas circul ares em torno do núcleo. d) O elétron, no átomo, apresenta apenas determinados valores de energia.

178

de Bohr e considere a alternativa correta: energia

energia

a) Fornecendo energia a um átomo, um ou mais elétrons a absorvem e saltam para níveis mais próximos do núcleo. b) Ao voltarem as suas órbitas srcinais, os elétrons absorvem energia. c) Um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de m aior energia para uma de menor energia. d) Os elétrons emitem luz quando ganham energia..

59. (PUC-RS) Quando se salpica um pouco de cloreto de sódio ou bórax diretame nte nas chamas de uma lareira, obtêmse chamas coloridas. Isso acontece porque nos átomos dessas substâncias os elétrons excitados: a) Absorvem energia sob a forma de luz, neutralizando a carga nuclear e ficando eletricamente neutros.

b) Retornam a níveis energéticos inferiores, devolvendo energia absorvida sob a forma de luz. c) Recebem um quantum de energia e distribuem-se ao redor do núcleo em órbitas mais internas.

61. (UFMG) Dalton, Rutherford e Bohr propuseram, em diferentes

Modelo

d) Emitem energia sob a forma de luz e são promovidos para órbitas mais externas.

60. (UFPI) A luz fornecida por uma lâmpada de vapor de sódio utilizada em iluminação pública é resultado da: a) Transição de elétrons de um dado nível de energia para outro de maior energia.

b) Remoção de elétrons de um átomo para formar cátions. c) Transição de elétrons de um nível de energia mais alto para um mais baixo. d) Adição de elétrons e átomos para formação de ânions. e) Combinação de átomos para formar moléculas.

Revisão para a prova D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Característica

I

II

Núcleo atômico denso, com Átomos carga positiva. maciços e Elétrons em indivisíveis. movimento.

I II Núcleo atômico denso, com carga positiva. Elétrons em órbitas circulares de energia quantizada.

a) Ponderais das Combinações Químicas.

conduzidos em recipientes fechados, demonstraria que não há variação de massa durante a combustão. Essa constatação foi obtida em me dições precisas, desenvolvidas

b) Das proporções de matéria.

em diversos tipos de[1743-1794], reações químicas. químico francês Antoine Lavoisier com aO colaboração da esposa Marie-Anne, realizou uma série dessas experiências, que o levou à seguinte conclusão: a) Que esse fato se repetia invariavelmente na natureza, então, que se tratava de uma lei.

e) Gerais da Química.

b) Pode-se estabelecer que em toda s as operações da arte e da natureza tudo pode ser criado. c) Existe uma quantidade igual de matéria antes e depois do experimento; porém, é a qualidade e a quantidade dos átomos que se alteram antes e depois da reação acontecer.

d) Na natureza tudo se transforma e pode ser criado, porém nada se perde.

2. A Lei da Conservação das Massas ou Lei de Lavoisier

abriu caminho para outros estudos sobre a relação entre as massas das substâncias durante as transformações químicas. Os resultados desses trabalhos experimentais, no fim do século XVIII e início do século XIX, permitiram que vários químicos pudessem enunciar outras leis relativas à transformação da matéria, as denominadas leis:

179

2

3

4

A associação modelo/cientista correta é: a) I/Bohr; II/Dalton; III/Rutherford. b) I/Dalton; II/Bohr; III/Rutherford. c) I/Dalton; II/Rutherford; III/Bohr. d) I/Rutherford; II/Bohr; III/Dalton. e) I/Rutherford; II/Dalton; III/Bohr.

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. A análise superficial dos resultados de experimentos

1

épocas, modelos atômicos. Algumas características desses modelos são apresentadas no quadro que segue:

c) Das proporções de átomos. d) Das Proporções Múltiplas das Massas.

3. O cloreto de sódio pode ser extraído da água do mar ou de jazidas da crosta terrestre. Pode também ser obtido em laboratório por meio de reações químicas. No entanto, seja qual for o método de obtenção, o cloreto de sódio, depois de purificado, terá sempre a mesma composição quantitativa, ou seja, a composição química é fixa (NaCl). A lei que representa este fato foi estudada por Proust e foi denominada de Leis: a) Ponderais das Combinações Químicas. b) das Proporções Definidas de Massa. c) da Conservação Real da Massa. d) das Proporções Múltiplas das Massas. e) das Reações Químicas Gerais.

4. O modelo atômico foi elaborado a partir de observações e testes a respeito da massa das substâncias quando sofrem uma transformação química. A análise de dados quantitativos sobre as reações químicas também permitiu fornecer elementos para a elaboração de modelos da natureza da matéria.

5

6

7

s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) As substâncias reagem sempre na mesma proporção para formar outra substância. 2) Os cristais de cloreto de sódio terão sempre a mesma composição: NaCl, independentemente de como forem obtidos.

3) Quando duas substâncias reagem em proporções diversas (para formar substâncias compostas diferentes), existe

uma relação simples entre as várias massas de uma delas que reage com uma mesma massa da outra. 4) Pela teoria atômica de Dalton pode se demonstrar que se nas reações químicas há conservação de massa é porque as massas dos reagentes não são destruídas, logo algo se conserva durante a reação. 5) Se a matéria é constituída por partículas, pode-se admitir que a massa é uma propriedade dessas partículas. Se a massa se conserva, significa que as partículas se conservam durante a reação. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

5. Com a aceitação do modelo de Dalton ao final do século XIX, ele passou a constituir a base dos demais modelos usados na Química. A sua dedicação contribuiu para consolidar as ideias atomistas dos filósofos gregos que fora abandonada e retomada pelos cientistas que defenderam o corpuscularismo. A matéria provavelmente seria constituída por partículas, ou seja, de pequenas porções de matéria separadas por espaços vazios. Da mesma forma, na época de Dalton, muitas evidências científicas já tinham sido observadas, e diversos cientistas haviam proposto que a matéria era constituída por partículas, denominadas de corpúsculos ou átomos. O modelo de Dalton permitiu explicar também as demais leis ponderais. A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados.

1) Pela teoria atômica de Dalton pode se demonstrar que se nas reações químicas há conservação de massa é porque as massas dos reagentes não são destruídas, logo algo se conserva durante a reação. 2) Supondo, portanto, que a matéria é constituída por partículas, pode-se admitir que a massa é uma propriedade dessas partículas. Se a massa se conserva, significa que as partículas se conservam durante a reação. 3) O que caracterizaria as propriedades das substâncias seria a massa de suas partículas. Dalt on afirmava que as

180

substâncias diferentes seriam constituídas por partículas de massas iguais. 4) No caso de substâncias compostas, essas seriam constituídas por mais de um tipo de partícula, e as substâncias simples seriam constituídas por somente um tipo de partícula. 5) Cada tipo de partícula seria um elemento químico. 6) Elemento químico seria um tipo de partícula que possui determinada massa. Essas partículas foram denom inadas átomos. 7) Substâncias diferentes ser constituídas por átomos simples iguais, desde que podem os elementos químicos

sejam diferentes. A diferença entre os átomos está em sua massa.

6. Átomos de dez elementos constituem a maior parte da massa da litosfera. Nela estão cerca de 4 000 minerais conhecidos, a maioria como silicatos, por conter substâncias constituídas por átomos de silício, oxigênio e um ou mais metais. Assim, como na litosfera, a composição de todo e qualquer material, seja de srcem mineral ou animal, corresponde à soma de diversas substâncias. A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Todas as substâncias são constituídas, na maioria das vezes, pela combinação de átomos de diferentes elementos químicos ou do mesmo elemento químico, ou, ainda, em alguns poucos casos, por átomo s isolados de alguns elementos químicos. 2) Quase tudo no Universo é resultante de átomos de elementos químicos ou da sua combinação. 3) O Universo é formado por matéria e toda matéria é formada por átomos. 4) A infinita variedade de materiais existentes resultou da combinação de átomos de um número reduzido de elementos químicos.

5) Atualmente, foram identificado s 70 elementos químicos naturais. 6) Os átomos dos diferentes elementos químicos são unidades que, agrupadas em diferentes proporções, srcinam todas as substâncias.

7. A eletricidade é um fenômeno da natureza que foi observado desde a Antiguidade. Atualmente, todos dependemos dela e, por isso, o mundo inteiro busca reduzir o consumo de energia elétrica e suprir esse recurso por meio de várias fontes: usinas hidrelétricas (quedas d’água), usinas termelétricas (queima de combustíveis

fósseis), painéis fotovoltaicos (energia solar), turbinas eólicas (energia dos ventos), usinas nucleares (reações atômicas), entre outras. A respeito das descobertas da eletricidade, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) (Kekulé observou que existem dois tipos de carga elétrica, positiva e negativa.

2) Materiais com o mesmo tipo de carga elétrica se atraem, enquanto os de cargas opostas se repelem. 3) Tales de Mileto propôs o nome elétron para a unidade natural da eletricidade. 4) Faraday inventou a ampola de raios catódicos, experimento que permitiu a identificação do elétron. 5) William Crookes estudou fenômenos el etroquímicos que ajudaram na descoberta da existência do elétron. 6) Stoney propôs o nome elétron para a unidade natural da eletricidade, naquele tempo ainda inexplicada, mas já demonstrada por diversos experimentos. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

8. Em suas investigações, Thomson, além de medir a carga e a massa do elétron, desenvolveu a teoria eletrônica dos metais e a distribuição do que ele denominou de corpúsculos nos átomos, os quais seriam os elétrons. Assim, a part ir das ideias do químico e físico inglês, William Proust [1 785-1850], de que tod os os elemento s poderiam ser formados por condensação do hidrogênio, Thomson propôs um modelo para os átomos e a determinação das propriedades do elétron que o levou a receber o Prêmio Nobel de Física em 1906. A respeito dos estudos sobre modelo atômico de Thomson, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) O átomo de carbono seria a base para a constituição de todos os outros átomos.

2) As cargas dos diferentes átomos seriam sempre múltiplos inteiros da carga do átomo de oxigênio. 3) Os átomos dos diferentes elementos seriam esferas com carga elétrica negativa uniforme. 4) Essas esferas conteriam os elétrons dispostos em uma série de anéis paralelos. 5) Os anéis paralelos dos átomos conteriam as mesmas quantidades de elétrons.

6) Os elétrons nunca se movimentariam em torno de anéis. 7) Esses anéis estari am organizados de f orma que a maioria dos elétrons ficaria próxima da superfície da esfera e os anéis com menores quantidades de elétrons ficariam mais no centro da esfera. 181

8) Esse modelo teórico acabou sendo popularizado em livros didáticos com a denominação de “pudim de ameixas”.

9. O conhecimento sobre radioatividade avançou com as pesquisas do casal de químicos Marie [1867-1934] e Pierre Curie [1859-1906]. A polonesa Marie Curie e seu m arido, o francês Pierre Curie, trabalharam arduamente com minérios que emitiam uma radiação muito intensa. Apesar de todo o esforço dos pesquisadores, eles não puderam explicar a srcem da radiação emitida por esses elementos. A esTe respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) O segredo da srcem da radiação estava escondido na própria estrutura da matéria, ou seja, a srcem da radiação relaciona-se à estrutura do átomo, que não podia ser explicado com o modelo atômico vigente na época. 2) Nessa época, já se sabia que o átomo não era exatamente como previa a teoria atômica de Dalton: uma esfera maciça e indivisível. Mas os novos modelos também não explicavam o fenômeno da radioatividade.

3) Diante do grande enigma, os cientistas envolvidos nesse campo sentiram-se ainda mais desafiados a aprofundar seus estudos. A meta a ser atingida era um modelo que finalmente desvendasse a estrutura da matéria. 4) O casal identificou a existência de novos elementos químicos, cujos átomos eram bastante radioativos: o rádio (Ra) e o polônio (Po).

10. No fim do século XIX, o físico neozelandês Ernest Rutherford [1871-1937] foi convencido por J. J. Thomson a trabalhar com o fenômeno, então, recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos de urânio, polônio e rádio. A respeito das descober tas de Rutherford , julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Estudando a emissão de radiação do urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é rapidamente absorvida, que denominamos radiaçã o beta ( β), e outra com maior poder de penetração, que denominamos radiação alfa ( α).

2) Verificou que a radia ção alfa é atraída pelo polo nega tivo de um campo elétrico, portanto, seria constituída por partículas positivas.

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s o ic m tô a s lo e d o m s o a o m is m to a o D 4 O L U ÍT P A C

3) Descobriu que a radiação beta é constituída por partículas negativas, pois se desviam para o polo positivo do campo elétrico.

5) Quando átomos de um dado element o químico ocorre m com um único nuclídeo, esses são denominados isótopos.

4) Partículas alfa são iguais a átomos de hélio que perderam os elétrons, e que o baixo poder de penetração dessa radiação se deve à sua elevada massa.

6) Nuclídeos têm algumas propriedades diferentes; por exemplo, alguns são radioativos e outros não.

5) Partículas beta possuem massa igual à dos elétrons e um poder de penetração maior que a radiação alfa.

11. Muitas vezes, no estudo da Química, é preciso ter informação sobre o número atômico ou o número de massa de um tipo de átomo, visto que átomos de um mesmo elemento químico podem apresentar diferentes números de prótons e, consequentemente, diferentes números de massa. Para facilitar, convencionou-se representar os átomos por uma simbologia. Considerando as seguintes representações 1123 Na e 1735Cl, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

13. Nas primeiras décadas do século XX, o estudo de diversos fenômenos físicos possibilitou debates acirrados entre os cientistas que apresentavam diferentes explicações para o mesmo processo. As evidências experimentais e os estudos teóricos foram, aos poucos, demonstrando que, no fantástico mundo microscópico do átomo, o comportamento das partículas segue leis diferentes das aplicadas aos corpos de grandes dimensões . Nascia, então, o modelo quântico, porta de entrada para uma grande revolução tecnológica do século XX, o desenvolvimento da computação. A respeito, julgue os itens considerando C para os corretos

1) O Número atômico do sódio é 17.

e E para os errados.

2) O número de massa do cloro é 35. 3) O elemento químico sódio tem 11 prótons e 1 1 elétrons.

1) As radiações emitidas pelos átomos podem ser detectadas por alguns instrumentos ópticos que separam a radiação, gerando um efeito semelhante ao do arco-íris – resultado da divisão da luz branca. Esses aparelhos são chamados espectrômetros e as cores

4) Se o elemento químico cloro ganhasse um elétron se tornaria um cátion, cuja representação seria Cl -1.

12. Ao longo dos tempos, vários conceitos foram at

ribuídos a elementos químicos. No modelo de Dalton, a diferença entre átomos de elemento s químicos distintos estava na sua massa. Todavia, o estudo de Moseley dem onstrou que a identidade dos átomos de cada elem ento químico está relacionada ao número atômico. A part ir de então, passou-se a adotar um novo conceito para elemento químico, o qual se refere ao número de prótons dos átomos, ou seja, ao seu número atômico. Considerando as definições sobre os átomos, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados.

1) Elemento químico é um tipo de átomo caracterizado por determinado número de massa. 2) Na natureza, existem três tipos de átomos de hidrogênio, diferentes apenas pelas suas massas. Todos têm o mesmo número atômico e, por isso, são classificados como hidrogênio. O mesmo acontece com átomos de carbono, de oxigênio e de outros elementos químicos.

3) Nuclídeos são átomos que possuem números atômicos iguais e números de massa diferentes. 4) Existem átomos de elementos químicos que são mononuclídicos, como o berílio (Be), o alumínio (Al), o fósforo (P), o flúor (F), entre outros. 182

obtidas para os átomos de cada elemento químico são denominadas linhas espectrais. 2) Espectrômetro permite identificar precisamente a composição de substâncias e materiais sem destruí-los. 3) De acordo com o trabalho de Bohr, ao receber energia, os elétrons “saltam” para os níveis energéticos menos afastados do núcleo. Posteriormente, eles podem ganhar a mesma quantidade de energia. Quando isso acontece, eles emitem energia luminosa, “saltando” de volta para os níveis energéticos mais altos. 4) A energia absorvida, quando os elétrons “saltam” de volta para os níveis energéticos mais altos, corresponde à luminosidade observada quando átomos emitem luz, o que, por sua vez, pode ser analisado em espectrômetros. 5) Bohr aper feiçoou o modelo de Rutherford e desenvolveu um novo modelo, conhecido como Rutherford-Bohr, o qual representa os elétrons, girando em órbitas representadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q.

k c to S i r/ e m im w n tri a m

Classificação dos elementos químicos

5 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1

HISTÓRIA DA CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA

2 3 4 5 6

AS LEIS PERIÓDICAS CLASSIFICAÇÃO MODERNA DOS ELEMENTOS QUÍMICOS NUCLEOSSÍNTESE E OS ELEMENTOS QUÍMICOS ARTIFICIAIS PROPRIEDADES PERIÓDICAS

Tabela periódica reproduzida em quadro negro.

PRODUTOS QUÍMICOS E SEUS RÓTULOS

183

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1 Histórico da classificação periódica ) 7 0 9 -1 4

n o d n Lo , m u e s u M ce n ie c S

3 8 (1 v e e l e d n e M i tri m D 9 0 0 2 isa s u R

A

n o d n Lo , m u e s u M e c n e ci S

camada mais superficial dacrosta terrestre, também chamada litosfera, corresponde à camada mais externa do globo terrestre (vai de 0 a 120 km de profundidade). Na litosfera estão cerca de 4 000 minerais conhecidos. A maior parte desses é classificada como silicatos, por conter substâncias constituídas por átomos de silício, oxigênio e um ou mais metais. Átomos de dez elementos constituem a maior parte da massa da litosfera (veja tabela abaixo). Além de átomos desses elementos, são ne contrados átomos de um pouco mais de 70 elementos químicos em todos os minerais conhecidos.

MASSA MÉDIA DE ÁTOMOS DE ELEMENTOS QUÍMICOS

A tabela periódica teve vários formatos ao longo da História. Acima temos a tabela periódica srcinal proposta porMendeleev.

PARE E PENSE

Se todos os materiais naturais conhecidos são formados por substâncias constituídas, aproximadamente, por 90 elementos químicos, como é possível termos mais de 4 000 minerais diferentes? Qual é a importância de um sistema de classificação?

Elemento químico Oxigênio Silício Alumínio Ferro Cálcio Potássio Sódio Magnésio Titânio Hidrogênio

EM 1 KG DE TERRA Massa média em 1 kg de terra 460 g 270 g g82 g 63 g50 g29 g 23 g23 6,6 g 1,5 g

Na verdade, a composição de todo e qualquer material, seja de srcem mineral ou animal, corresponde à soma de diversas substâncias. Já, todas

as substâncias são constituídas, maioria ou dasdo vezes, pelaelemento combinação de átomos de diferentes elementosnaquímicos mesmo químico, ou, ainda, em alguns poucos casos, por átomos isolados de alguns elementos químicos. Ou seja, tudo no Universo é resultante de átomos de elementos químicos ou da sua combinação. Desse conhecimento, fica clara a resposta a uma pergunta que alguns, às vezes, se fazem: O que a Cosmologia tem a ver com a Química? As duas ciências parecem opostas. Enquanto a Cosmologia trata da natureza dos imensos astros do cosmos, a Química se debruça sobre estruturas microscópicas de substâncias e suas interações. No entanto, essas 184

duas ciências estão intimamente ligadas. Não dá para entender o Universo sem estudar as partículas da matéria. Afinal, o Universo é formado por matéria e toda matéria é formada por átomos. O surpreendente é que a infinita variedade de materiais existentes resultou da combinação de átomos de um número reduzido de elementos químicos. Atualmente, foram identificados 93 elementos químicos naturais. Por isso, a analogia entre átomos dos elementos químicos e o alfabeto. As letras dão O enxofre, substância simples, é encontrado na natureza na forma de cristais produzidos srcem às palavras. Os átomos dos diferentes elementos químicos são unidades pelo resfriamento de lavas vulcânicas. Sua que, agrupadas em diversos proporções, srcinam todas as substâncias, levando constituição: átomo de enxofre (S). em conta, obviamente, que as regras de união das letras para formar palavras são totalmente diferentes das que unem osátomos para formar substâncias. Os filósofos e cientistas sempre tentaram identificar as partículas

1

i tt u m e D yl e H

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

primordiais É claro que, sem asimpossível informações e a tecnologia desenvolvidadonosUniverso. últimos séculos, era mesmo identificá-las. Mas, mesmo sem entender o princípio da constituição da matéria, os nossos antepassados já conheciam muitas das substâncias simples. Apesar de ainda estarmos à procura do entendimento das partículas primordiais e de como essas levaram à formação dos átomos, já conhecemos muito sobre a srcem dos materiais do Universo. Portanto, estudar a srcem dos átomos dos diferentes elementos químicos e suas combinações é decifrar um pouco do enigma da matéria. Um estudo que contribuiu nesse sentido foi o da classificação dos elementos químicos. Vejamos a importância desse estudo e como ao longo da história diversos cientistas contribuíram na sua elaboração, que resultou na atual tabela periódica. Quanto mais informações temos, maior é a necessidade de organizá-las. É como guardar roupas em gavetas. Fica mais fácil encontrar tudo se houver organização: uma gaveta só para meias, outra para camisetas, outra para bermudas… Em Ciência, organização é muito importante. Em 1850, eram conhecidos cerca de 60 elementos químicos e estudá-los sem uma forma eficiente de organização tornava-se cada vez mais difícil. A necessidade de classificá-los, eficientemente, era crescente. Naquela época, os cientistas não tinham tantas informações sobre a estrutura da matéria como temos hoje. Porém, já conheciam as propriedades físicas e químicas de diversas substâncias. Esses conhecimentos foram a base de várias propostas de classificação dos elementos químicos apresentadas durante o século XIX. Vejamos fatos históricos que marcaram a construção dessa classificação. Fator decisivo na construção da tabela periódica foi o estabelecimento da lei periódica. Concorreu para a observância de uma regularidade entre os elementos químicos, o estabelecimento de relações com as propriedades de suas substâncias simples com a massa atômica dos átomos dos elementos químicos, que no século XIX era denominada de peso atômico. Um dos estudos que muito contribuiu para identificar essa regularidade foi desenvolvido pelo químico sueco Berzelius, que buscou isolar as substâncias simples e determinar o peso atômico dos átomos dos elementos químicos. Historicamente, destaca-se com importante tentativa de organizar os elementos químicos; dentre outras, a desenvolvida pelo químico alemã o Johann Wolfgang Döbereiner[1780-1849] que propôs,em 1829, a classificação dos elementos com base nas propriedades das substâncias relacionadas ao peso atômico dos elementos. Ele observou que substâncias simples de alguns grupos de três elementos apresentavam propriedades químicas semelhantes e que era possível estabelecer uma relação entre a média das massas desses 185

yr a r ib L to o h P ce n e ci S / a k e si a P

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Substâncias simples do elemento químico carbono são encontradas na natureza nas formas alotrópicasgrafite e diamante.

s e r d n Lo , o ic n â ti r B u se u M

O cobre , o ouro , a prata , o ferro e o estanho (substâncias simples, utilizadas em ligas metálicas) já eram conhecidos e trabalhados para confecção de utensílios e ornamentos há 2000 anos a.C. São constituídos pelos, respectivos, átomos decobre (Cu), ouro (Au), prata (Ag), ferro (Fe) eestanho (Sn).

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ck o str te t u h /S io d u t S xx a M

k c o t rs e tt u

elementos. A esses grupos de três elementos, Döbereiner deu o nome de tríade. Estudos dessa natureza continuaram sendo desenvolvidos pela comunidade de químicos. O químico alemão Leopold Gmelin [1788-1853] foi um dos que mais deu crédito para a classifiicação de Döbereiner. Em 1842, Gmelin publicou um sistema de classificação dos elementos baseado nas tríades de Döbereiner, de acordo com as semelhanças das propriedades físicas e químicas das substâncias simples dos elementos químicos. Entre 1864 e 1868, o químico inglês Willian Odling [1829-1921] propôs uma classificação baseada em treze grupos que, para alguns historiadores, também englobava as tríades de Döbereiner e considerava as substâncias formadas A tabela periódica está tão difundida na atualidade que ela e os símbolos dos elementos pelos átomos de cada elemento. Outra contribuição importante, no estabelecimento da lei periódica, nela representados são frequentemente usados como objeto de decoração. foi dada pelo cientista francês Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois [1820-1886]. Em 1862, ele propôsuma classificaçãona forma de cilindro, na qual os elementos ficavam dispostos em uma linha como o fio de um parafuso, em ordem crescente de peso atômico. Nessa ordem, ele obser vou que os elementos com propriedades semelhantes encontravam-se verticalmente alinhados. Sua classificação ficou conhecidacomo parafuso telúrico de Chancourtois. Em 1864, o químico inglês John Alexander Reina Newlands [1838-1899] também apresentou uma proposta de organização dos elementos químicos, por ordem de peso atômico. Ele observou que ao dispor os elementos em ordem crescente de peso atômico, suas substâncias simples, excetuando o hidrogênio, apresentavam comportamento semelhante de oito em oito. Essa repetição de propriedades ficou conhecida como “lei das oitavas”. Sua restrição era que só se aplicava até o cálcio. Essa regularidade, que ele relacionou às notas musicais foi ridicularizada quando ele apresentou para a comunidade química da época; no entanto, posteriormente foi reconhecida. Observa-se nesses estudos, que o conhecimento foi sendo reelaborado. De uma classificação de tríade, reinventa-se uma ordem na forma de hélice, que é reelaborada para uma ordem de oitava. Entretanto, os estudos foram apontando uma organização relacionada às propriedades químicas das substâncias e ao peso atômico dos elementos químicos. Essas foram as bases para o estabelecimento da lei periódica de Mendeleev, que conseguiu propor uma nova organização que fundamentou a forma de apresentação das tabelas periódicas atuais. Mendeleev participou do congresso de Karlshruhe, no qual também esteve Newlands, mas Mendeleev não conheceu os seus trabalhos. Por sua vez, Mendeleev conheceu os estudos de classificação dos elementos químicos de Willian Odling. A classificação de Odling, publicada em 1865, se assemelha bastante à primeira tabela de Mendeleev; no entanto, os estudos Cubos com representação dosátomos dos de Odling, por serem mais baseados em argumentos teóricos do que em elementos como geralmente são usados na dados empíricos, acabaram não tendo aceitação como o de Mendeleev. Já tabela periódica. a classificação das oitavas de Newlands, que foi desconsiderada por Odling e desconhecida por Mendeleev, teve contribuição, uma vez que ajudou a comunidade científiica a construir concepções que aceitassem a proposta de Mendeleev. Percebe-se, então, que todos esses fatos históricos contribuíram para a aceitação da tabela periódica de Mendeleev, a qual foi desenvolvida na mesma época, de forma independente, que a classificação proposta pelo químico alemão Julius Lothar Meyer [1830-1895]. A genialidade dessas tabelas está na descoberta da Lei Periódica, a seguir discutida.

h /S rk a M iys k le O

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História da Ciência

Mendeleev: o professor que facilitou o estudo da Química imitri Ivanovich Mendeleev nasceu na cidade de obolsk, T na longínqua

D Sibéria. Tinha tudo para ser ótimo aluno: seu pai era professor e sua

2

yr a r iLb to o h P e c n ie c /iS ts o v o N a i

mãe uma entusiasta pelo estudo das Ciências. Mas, a princípio, o pequeno russo parecia que ia decepcion ar a família, pois foi um aluno medíocre no secundário. Somente na universidade ele encontrou sua real vocação – a Química – e a capacidade de simplificar os conceitos maiscomplicados. Em1863, depois de se formar brilhantemente na Universidade de São Petersburgo (atual Leningrado), Mendeleev tornou-se professor e pesquisador do Instituto Tecnológico de São Petersburgo. Dizem que suasulas a eram fantástica s. De seus inúmeros trabalhos A classificação dos elementos químicos, proposta porMendelde pesquisa destacam-se a descoberta da Lei Periódica e o estudo da natureza doleev, permitiu um avanço significapetróleo. Em sua homenagem, o elemento de número atômico 101, sintetizado tivo na identificação de elementos ainda não conhecidos. em 1955, recebeu o nome demendelévio.

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R

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

2 As leis periódicas

P

ara entender a lei periódica, realize a atividade doinício da próxima página, antes de prosseguir sua leitura.

o icl b ú P io n í m o D /s n o m m o C a i d e im k i W

Em sua versão srcinal, Mendeleev apresentou a variação periódica de propriedades dos átomos de elementos químicos, como se percebe nas ilustrações indicadas na terceira e na quarta colunas da tabela ao lado. 187

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s o ic m í u q s to n e m e l e s o d o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

Construção do Conhecimento Observe os quadros abaixo. Ele apresenta a composição química de substâncias formadas por átomos de cloro, combinadas com átomos de outros elementos e dados de massa atômica dos átomos, que estão ligados aos átomos de cloro. COMPOSIÇÃO DE SUBSTÂNCIAS FORMADAS COM ÁTOMOS DE CLORO

LiCl

BeCl2

BCl3

CCl4

NCl3

Cl2O

CIF

NaCl

MgCl2

AlCl3

SiCl4

PCl3

SCl2

ClCl

KCl

CaCl2

GaCl3

GeCl4

AsCl3

SeCl2

BrCl

MASSA ATÔMICA* DE ÁTOMOS QUE COMBINAM COM O CLORO

Li = 7

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Be = 9

= 11 B

= 12 C

N = 14

O = 16

Na=23

Mg=24

Al=27

Si=28

P=31

K=39

Ca=40

Ga=70

Ge=73

As=75

= 19 F S=32 Se=79

Cl=35 Br=80

* valores aproximados de massa atômica.

1. Quais átomos possuem propriedades químicas semelhantes? 2. Após o aumento da massa de sete átomos sequenciados, o que se observa em relação à propriedade do próximo elemento? De acordo com o primeiro quadro, você pode perceber que existe uma periodicidade nas fórmulas expressas, ou seja, as fórmulas se repetem após período de aumento de massa atômica. A composição química é de 1:1 nas substâncias da primeira coluna, de 1:2 nas da segunda coluna, de 1:3 nas da terceira coluna e de 1:4 nas da coluna 4. A partir da coluna 5, a proporção cai para 1:3 e decresce até 1:1 nas substâncias da última coluna. Regularidade similar é observada em substâncias formadas por átomos de oxigênio e de outros elementos químicos. Tal regularidade é explicada pela lei periódica de Mendeleev-Meyer. Para entender essa lei, é preciso conhecer bem o significado de periodicidade. Periódico é aquilo que acontece em intervalos regulares. Um bom exemplo é o ciclo da Lua. Em seus estudos, Mendeleev analisou a composição das substâncias, ou seja, quantos átomos de cada elemento químico formavam seus constituintes. Comparou também esses dados com as propriedades químicas apresentadas por essas substâncias. A partir dos dadosobtidos, Mendeleev buscou encontrar uma regularidade entre os diversos trabalhos já existentes sobre classificação dos elementos químicos e propôs uma nova forma de classificação, fundamentada nas propriedades das substâncias simples dos elementos químicos. Uma das primeiras conclusões desses estudos foi: se os elementos químicos estiverem ordenados de acordo com seus pesos atômicos, suas propriedades seguirão uma periodicidade. Quer dizer, após determinado número de elementos, os que se seguem repetem as propriedades dos primeiros. Com base nessa descoberta, Mendeleev propôs uma lei que ficou conhecida como Lei Periódica dos Elementos Químicos, que afirma: “As propriedades das substâncias dos elementos se apresentam em função de seus pesos atômicos”. Modernamente, o peso conceito de massa atômica, uma vez que peso corresponde à grandeza física força, queatômico equivalefoi aosubstituído produto dapelo massa do corpo pela aceleração da gravidade. Os valores atuais de massa atômica correspondem a uma média ponderada das massas dos diferentes tipos de átomos do elemento químico. Com base na Lei Periódica e nos demais estudos que desenvolvera, Mendeleev propôs, em 1869, uma classificação dos elementos químicos, que resultaria na conhecidatabela periódica. Esse sucesso é fácil de explicar: ela reúne, ao mesmo tempo, simplicidade e riqueza de informações, facilitando muito o estudo da Química. Estudos semelhantes foram desenvolvidos independente e simultaneamente pelo químico alemão Lothar Meyer. Em 1869, ele publicou o livro intitulado 188

Modernas Teorias da Química, no qual apresentava relações entre as massas das substâncias simples dos elementos químicos e suas propriedades PARE E PENSE físicas, propondo uma classificação parecida com a de Mendeleev. Em 1870, Meyer publicou um trabalho, no qual reconhece a proposta de O que significa variação periódica? Dê exemplos do cotidiano de Mendeleev e apresenta algumas correções. Meyer baseou-s e, principalmente,em propriedades físicas, enquanto Mendeleev, em propriedades químicas de óxidos variação periódica. e de substâncias simples. Apesar de algumas divergências, os dois cientistas reconheciam e respeitavam o trabalho um do outro. Embora Mendeleev tenha alcançado maior prestígio, ambos foram reconhecidos pela comunidade científica. Assim, a Lei Periódica é considerada de Mendeleev-Meyer. Ao organizar os elementos, considerando a ordem crescente de peso atômico e as propriedades químicas de suas substâncias, Mendeleev observou

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que em suaa tabela existiam espaços vazios. então, que eles deveriam pertencer elementos químicos ainda não Deduziu, descobertos. E, pela análise das informações sobre os elementos já conhecidos, pôde até prever as propriedades de três ainda não descobertos, aos quais deu os seguintes nomes: ecalumínio (gálio, descoberto em 1875), ecaboro (escândio, descoberto em 1879) e ecassilício (germânio, descoberto em 1886). Seguindo a previsão das propriedades dos átomos e das substâncias desses elementos, os químicos puderam depois identificá-los e obter dados próximos dos previstos por Mendeleev. Além dess es, muitos outros elementos foram descobertos posteriormente. Entre eles, estão os gases nobres (hélio, em 1895; argônio, em 1894; e neônio, em 1898), descobertos pelo químico escocês William Ramsay [1852-1916]. Embora as tabelas de Mendeleev e de Meyer contivessem algumas imperfeições, como a inversão de alguns elementos, e não previssem a colocação Mendeleev, um grande químico, empenhoudos lantanídeos, actinídeos e gases nobres, elas foram fundamentais para o se, com afinco, na busca de uma classificação desenvolvimento da tabela periódica moderna, a qual é uma derivação de para os elementos químicos. De tantopensar outras propostas que surgiram a partir da tabela srcinal desse s dois cientistas. numa forma de organizar as informações sobre

os estudos doatômico, século XIX determinando que a lei periódica era Após em função do peso noque, século XX, com o surgimento de novos modelos para explicar a estrutura dos átomos, pôde-se constatar que as propriedades das substâncias estão relacionadas não às massas de átomos, mas aos números atômicos (número de prótons). Quem introduziu esse novo conceito foi o físico britânico Henry G. J. Moseley [1887-1915]. Em 1913, ele descobriu a existência de uma relação entre a frequência dos raios X emitidos por diferentes metais e um número – que seria depois chamado número atômico – correspondente à carga positiva do núcleo atômico. A partir dessa relação, Moseley concluiu que as propriedades químicas e físicas das substâncias simples dos elementos, eram representadas melhor pelos números atômicos do que por suas massas, hipótese já considerada por outros físicos da época. Baseando-se nessa descoberta, foi possível reorganizar a tabela, seguindo agora não a ordem das massas, mas, sim, a ordem dos números atômicos.

Moseley demonstrou que as propriedades dos átomos é função de seu número atômico e não da massa atômica, alterando, assim, a lei periódica deMendeleev. 189

os elementos e suas substâncias, durante uma viagem adormeceu e teve um sonho. Quando acordou, fez o rascunho reproduzido acima, que srcinou a sua tabela periódica, contribuindo para a elaboração da atual tabela. PARE E PENSE

O que é lei periódica? s e iv h rc A l a siu V e r g e S io il m E IP A

5

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s o ic m í u q s to n e m e l e s o d

3 Classificação moderna

dos elementos químicos k c tso r tte u h S r/ a d o Z

o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

A tabela periódica moderna contém informações básicas para o químico e por isso ela é fonte de informação essencial nos laboratórios de química.

A

tabela periódica é uma ferramenta imprescindível para o químico ou estudante de Química, pois ela agrupa uma quantidade enorme de informações úteis no estudo da Química, mas para isso é preciso saber usá-la. Você já deve ter visto alguma tabela periódica ilustrando paredes, camisetas, canecos, capas de livros etc. São mais de mil formatos diferentes, todavia, mantêm princípios em comum que aqui veremos, embora tenha quem proponha uma organização que não segue exatamente esses princípios. Vejamos a forma clássica mais difundida da tabela periódica moderna. Na tabela periódica, oselementos estão organizados emordem crescente de número atômico. Ela é organizada por colunas, denominadas grupos,

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

econjuntos linhas horizontais, denominadas períodos. grupos correspondem a de elementos, cujos átomos formamOssubstâncias com propriedades físicas e/ou químicas semelhantes.

Grupos de elementos químicos Os grupos da tabela periódica, também chamadosfamílias, apresentam propriedades químicas e físicas que distinguem uns dos outros. Assubstâncias simples dos elementos de alguns grupos são muito reativas; outras praticamente não reagem. Algumas são sólidas; outras, gasosas; duas são líquidas (veja abaixo as principais propriedades dosgrupos).

ALGUNS GRUPOS DA TABELA PERIÓDICA Grup o

Denominação

Origemdonome alcali

1

Metaisalcalinos

Do plantas, latim principalmente , que significao “cinza plantas”. São encontrados em cinzas formadas pela combustão de sódio edeo potássio.

2

Metais alcalinoterrosos

“Terroso” é termo da Alquimia: substância pouco solúvel em água sob altas temperaturas.

16

Calcogênios

Do grego khalkós, as principais fontes de átomos desses químicos são minérios de cobre. Por exemplo, a calcopirita (CuFeS2).

17

Halogênios

Expressão grega que significa “formadores de sais” (cloretos, brometos, nitratos, sulfetos, entre outros).

18

Gases nobres

Recebem essa denominação porque se considerava que suas substâncias não reagiam com nenhuma outra. 190

PRINCIPAIS PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS E DOS ÁTOMOS DOS GRUPOS Características das Carga mais Tipos de substâncias compostas substâncias simples comum dos comumente formadas (em condições ambientais) íons 1 Metais alcalinos

Sólidos prateados, brilhantes e moles, maleáveis, dúcteis e bons condutores de eletricidade.

Sais – NaCI, KBr, Li2S Álcalis – LiOH, NaOH, KOH Óxidos – K2O, Na2O, Li2O

1+

2

Sólidos prateados e com boa con-

Metais terrosos

dutividade. São mais duros do que os elementos do grupo 1.

2+

3 a 12 Metais de transição

Sólidos metálicos, duros e quebradiços, com exceção do mercúrio, que é líquido.

Normalmente entre 1+ e 6+

Ocorrências mais comuns

Cátions monovalentes formando sais.

2

3

4

Sais – CaSO4, MgCO3, Sr(NO3)2 Álcalis – Ca(OH)2, Mg(OH)2, Ba(OH)2 Óxidos – CaO, BaO, SrO

1

Cátions bivalentes formando sais e óxidos. 5

Sais – AgNO3, CoCI3, ZnSO4 Encontrado em minerais Óxidos – FeO, TiO, MnO2 na forma de óxidos. Complexos – metais ligados a vários íons. 6

13 Grupo do boro D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Sólidos prateados, exceto o boro.

3+

14 Grupo do carbono

Sólidos.

Variável.

C e Si podem formar cadeias de átomos produzindo enorme variedade de substâncias.

Organismos vivos (C), silicatos (Si) ou como óxidos.

15 Grupo do nitrogênio

Sólidos, exceto o nitrogênio, que se apresenta na forma gasosa.

Variável.

Óxidos – NO2, P2O5, As2O5 Ácidos – HNO3, H3PO4

Atmosfera (N), organismos vivos (N e P) e minerais (todos).

16 Calcogênios

Sólidos, exceto o oxigênio, que se apresenta na forma gasosa.

2–

Sulfetos – FeS2, PbS, ZnS Diferentes óxidos – CaO, SiO2, H2O

Atmosfera (O), organismos vivos (O e S) e minerais (todos).

17 Halogênios

Gases (F2 e Cl2), líquido (Br2) e sólido (l). São maus condutores de eletricidade e calor, tóxicos e apresentam odores fortes.

1–

Ácidos – HF, HCI, HBr Óxidos e diferentes ácidos Sais – NaF, NaCI, KBr

Formam diferentes ânions e estão em substâncias orgânicas e minerais.

Dificilmente formam substâncias compostas.

Gases na atmosfera.

18 Gases nobres

Gases.

Óxidos – Al

Em geral, não formam íons.

O , B2O3

Encontrado em minerais na forma de óxidos.

2 3

Atualmente, conforme determinação da organização de Química que normatiza a linguagem química, Iupac, os grupos são identificados pela numeração de 1 a 18. Em tabelas antigas, a representação era feita por algarismos romanos seguidos das letras A (grupos 1, 2 e de 13 a 18) ou B (3 a 12). Alguns desses grupos são conhecidos por um nome específico, enquanto outros o são pelo nome do primeiro elemento (veja 2o quadro acima). O hidrogênio, cujos átomos são responsáveis por aproximadamente 70% da massa do Universo, é um caso especial na classificação dos grupos: seus átomos e substâncias possuem algumas propriedades semelhantes às dos elementos do grupo 17 (halogênios) e configuração eletrônica semelhante à dos ele mentos do grupo 1, apesar de não ser um metal. Por esse motivo, embora seja colocado acima do grupo 1 em várias tabelas, lembre-se de que ele não pertence a esse grupo. Seu estudo é feito de maneira isolada dos demais. Em algumas tabelas, chega-se a colocar o hidrogênio separado de todos os outros elementos. 191

7

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d o ã ç a c fi i s s la C

s rê T sa n e r P :s o t o F

SUBSTÂNCIAS SIMPLES DE ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS Metais alcalinos

Metais alcalino-terrosos

Na

Mg

Ti

Ni

V

Al

K

Ca

Cu

Mn

Zn

In

Grupo do Grupo do Grupo do Calcogêboro carbono nitrogênio nios

Metais de transição

Sn

N

O

Halogênios

Br

Gases nobres

Ne

5 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Pb

P

S

I

Ar

Observe que assubstâncias simples, representadas até o grupo do carbono, têm aparência metálica e as demais, não.

Os elementos dos grupos 1 e 2 e os de 13 a 18 são chamados representativos, e seus dois primeiros elementos, exceto no caso do grupo 18, são denominados típicos, por representarem bem as propriedades químicas dos demais componentes de seus grupos. Os átomos desseselementos constituem a maior parte das substâncias que nos rodeiam. Os elementos dos grupos de 3 a 12 são chamados elementos de transição, pois as suas substâncias possuem propriedades entre os dois primeiros grupos dos elementos representativos e os grupos dos elementos representativos logo a seguir. Os elementos das duas linhas separadas da tabela periódica pertencem, respectivamente, ao sexto e ao sétimo períodos e são denominados lantanídios e actinídios (nomes dados pelo primeiro elemento de cada série: lantânio e actínio) ou elementos de transição interna. Antigamente, essas séries eram denominadas terras-raras, por causa da baixa incidência de minerais contendo átomos de seus elementos.

Metais, não metais e gases nobres Conforme a Iupac, os elementos são classificados, também, de acordo com as características de suas substâncias simples, em metais, não metais e gases nobres. A maioria dos elementos químicos é classificada como metal, por suas substâncias apresentarem propriedades metálicas. Você saberia dizer quais são essas propriedades? Olhe ao redor. Com certeza, você vai ver alguma coisa feita de metal: o ferro dos parafusos, o cobre dos fios elétricos, o alumínio das panelas, a prata e o ouro das joias. E você não deve ter nenhuma dificuldade em distinguir um produto feito de metal. Mas você saberia dizer em que um metal é diferente de outros materiais? Eis as propriedades que caracterizam os materiais metálicos: Boa condutibilidade térmica (calor) e elétrica; Brilho característico; Ductibilidade (capacidade de formar fios); Maleabilidade (capacidade de formar lâminas finas). 192

1

18

1o

2

13

14

15

16

1

17

2o 3o 4

o

5o 6o

ij u Y J.

s to n e m le E

s o iv t a t n e s e r p e r

3

4

5

6

7

8

9

1 01

11

Elementos representativos

2

2

Metais de transição

3

7o

Não metais Metais Gases nobres

1e– 2e–

3e– 4e– 5e– 6e– 7e– 8e– Metais

4

de transição interna

it t u m e D ly e H

5

O brilho que embeleza a prata e a boa condutibilidade elétrica do cobre : propriedades dos metais deampla aplicação tecnológica.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Os não metais, também denominados ametais, formam substâncias simples, de aparência opaca e quebradiça, geralmente más condutoras de eletricidade e calor. Um exemplo é o telúrio (Te), que hoje é empregado em larga escala industrial na fabricação de espoletas, na vulcanização de borracha, em fios de resistência elétrica, entre outros. Vários não metais, por exemplo, o nitrogênio, oxigênio, flúor e o cloro, têm como substâncias simples gases. Agora você já pode dizer, cientificamente, o que é um metal e um não metal. Mas isso ainda não é tudo. Algumas tabelas apresentam uma terceira

6

ck o str te t u h /S n e rs e d n A s u la K

classificação: os semimetais, na qual se encaixariam os elementos B, Si, Ge, As, Sb, Te e Po. A Iupac, porém, não adota mais essa classificação, porque as substâncias formadas por átomos desses elementos apresentam propriedades As substâncias simples dos elementos do intermediárias entre os metais e os não metais e podem, dependendo dos grupo dos gases nobres, muito utilizados em critérios utilizados, ser classificadas em qualquer um dos dois grupos. É o que letreiros luminosos, são relativamente inertes, faremos também aqui. Por exemplo, o elemento antimônio (Sb) é classificado ao contrário dos metais e não metais. como metal em nossa tabela, pois apresenta brilho metálico, apesar de não ser um bom condutor de calor e de eletricidade. Ao contrário dos demais elementos químicos, os átomos dos gases nobres dificilmente se combinam com outros. Normalmente, são encontrados isolados, formando substâncias simples e monoatômicas. Por isso, são considerados relativamente inertes, ou seja, incapazes de reagir com outras substâncias. Em 1962, o químico anglo-norte-americano Neil Bartlett [1932-2008] sintetizou, acidentalmente, a primeira substância composta contendo átomos de um gás nobre: o tetrafluoreto de xenônio (XeF ). Atualmente, já foram sintetizadas 4 mais de 80 substâncias contendo átomos de xenônio. Você não consegue ver os gases nobres, mas sua utilização é bastante visível: eles são largamente empregados em painéis luminosos de propaganda e em lâmpadas fluorescentes.

Informações na tabela periódica Você sabe dizer em que coluna fica o elemento selênio? Qual é o número atômico do ouro? Não sabe? Ótimo, não está desperdiçando seus neurônios com informações desnecessárias. O que você precisa saber é como 193

7

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d

y ra G . W re o d o e h T

o ã ç a c fi i s s la C

i tt u m e D yl e H

fósforo (P)

5 O L U T Í P A C i tt u m e D yl e H

carvão (C)

consultar a tabela. Cada tabela periódica apresenta diferentes conjuntos de informações sobre os elementos químicos. Assim, é preciso verificar, primeiro, como ela está organizada e em que posição são apresentados os números atômicos e as massas atômicas. Esses dados, em geral, aparecem em uma legenda situada no canto inferior esquerdo. Observe a tabela periódica no final do livro. Vamos agora aprender como ler as informações sobre os elementos químicos na tabela periódica. Analise a legenda da tabela periódica no final deste livro e identifique as seguintes informações sobre o elemento químico fósforo: símbolo, número atômico, período, grupo, estado de agregação da substância simples e massa atômica. Mãos à obra! De acordo com a legenda, identifica-se que o símbolo do fósforo é P e

oe énúmero atômicorepresentativo. é 15. Ele está no terceiro período, pertence aocor grupo 15 um elemento Observe que o símbolo está na preta. Portanto, de acordo com a legenda, a substância simples, em temperatura enxofre (S) ambiente, está no estado sólido. Não é considerado um elemento químico As substâncias simples sólidas dos não artificial – por ser encontrado em substâncias presentes na crosta terrestre (seu metais não possuem brilho metálico, nemsão símbolo não é na cor branca). De acordo com a tabela, a massa atômica é 31. boas condutoras de eletricidade.

Exercícios D L N P O Ã Ç A G L U IV D

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Quais foram as necessidades dos cientistas, em diferentes

ou de transição, o número atômico e o estado de agregação lugares do mundo, em relação à organização dos 60 da substância simples em temperatura ambiente. elementos químicos conhecidos, no século XIX? 11. Consultando a tabela periódica, indique nome, símbolo, 2. Em que os cientistas se basearam, inicialmente, para número atômico, grupo e período do único elemento classificar os elementos químicos? químico não metálico, cuja substância simples é líquida em temperatura ambiente. 3. A tabela periódica de Mendeleev teve grande aceitação na comunidade científica. Descreva a sua importância. 12. (ITA-SP-adaptado) Assinale a afirmativa falsa relativa à Lei Periódica dos Elementos: as propriedades dos elementos 4. Quais foram os dois princípios básicos de organização das são funções periódicas dos seus p esos atômicos. tabelas de Mendeleev e Meyer? a) Trata-se de uma observação feita principalmente por 5. Qual foi a contribuição dada por Moseley à Lei Periódica, Mendeleev no século passado, ao ordenar os elementos que fundamenta o princípio de organização da atual segundo os pesos atômicos crescentes, que lhe permitiu tabela periódica? estabelecer a classificação periódica dos elementos. b) Teve como precursoras, entre outras, asobservações de 6. Em que a evolução histórica da tabela periódica exemplifica Döbereiner sobre as tríades e de Newlands sobre as oitavas. o processo de construção do conhecimento científico? c) Em decorrência da lei, constata que o primeiro 7. No Brasil, muitas descobertas científicas não são exploradas elemento de cada família, na classificação periódica, e acabam patenteadas indevidamente por empresas é o mais representativo dessa família. multinacionais. Levante hipóteses com seus colegas sobre d) Com base na lei, Mendeleev foi capaz de apontar pesos quais poderiam ser os fatores que contribuem para a evasão atômicos errados de elementos conhecidos na época e da pesquisa científica no nosso país. de prever as propriedades de elementos ainda a serem 8. O que os elementos de um mesmo grupo da tabela descobertos. periódica têm em comum? e) Foi muito útil hipótese de trabalho, mas, realidade, nãocomo constitui o melhor enunciado da na lei 9. Na tabela periódica, os elementos estão classificados em periódica dos elementos. metais, não metais e gases nobres. Apresente as principais características das substâncias simples desses grupos de 13. (Vunesp) Em 1962, foi divulgada a preparação do elementos. tetrafluoreto de xenônio, pela combinação direta de xenônio com flúor, ambos gasosos, sob altas pressões. Explique por 10. Consultando a tabela periódica, indique, para os elementos que a preparação da referida substância representou uma químicos cálcio, nitrogênio, fósforo, ferro, manganês e boro, o período e o grupo a que pertencem, a classificação em mudança no conceito de reatividade doselementos químicos metais, não metais, gases nobres, elementos representativos do grupo do xenônio na tabela periódica. 194

14. Consulte a tabela periódica e assinale a alternativa, cujos

elementos químicos, na sequência em que se encontram, pertencem, respectivamente, aos seguintes grupos: gás nobre, calcogênio, metal alcalino terroso, metal de transição, halogênio, metal alcalino. a) He – Bi – P – Mn – Kr – In. b) O – Te – Si – Zn – Cl – Cl. c) Ar – Sn – Ca –Au – H – Ti. d) S – Be – Cl – Na – Ne – Br. e) Xe – S – Mg – Fe – F – Li. 15. Fazendo-se a associação entre as colunas abaixo, que correspondem às famílias de elementos, segundo a tabela periódica, a sequência numérica será:

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1) Halogênios Calcogênios 2 2) Grupo 13 3) Gases nobres Grupo 18 4) Metais alcalinos Grupo 1 5) Metais alcalinos terrosos Grupo 16 6) Grupo do Boro Grupo 17 a) 5, 2, 4, 3, 1, 6. d) 5, 6, 3, 4, 1, 2 b) 5, 3, 4, 6, 5, 1. e) 4, 1, 6, 3, 4, 5. c) 3, 6, 5, 4, 1, 2. 16. (UnB-DF-adaptado) Julgue os itens seguintes, examinando a tabela periódica, considere C para os corretos e E para os errados.. H Li Na K Rb Cs Fr

Be Mg Ca Sr Ba Ra

Sc Y La Ac

Ti Zr Hf Rf Ce

V Cr Mn NbM p Tc Ta W Re Db Sg Bh Pr Nd Pm

Fe Ru Os Hs Sm

Co Rh I Mt Eu

B Al Ni Cu Zn Ga Pd Ag Cd In Pi Au Hg Ti Uun Uuu Uub Gd Tb Dy Ho

C Si Ge Sn Pb

N P As Sb Bi

O S Se Te Po

F Cl Br I At

He Ne Ar Kr Xe Rn

1) Uma das vantagens da classificação periódica é a de permitir o estudo das propriedades dos elementos em grupos, em vez do estudo individual. 2) Os átomos da família dos metais alcalinos têm as mesmas características físicas e químicas. 3) Os elementos prata, ouro e cobre constituem um grupo. 4) Os símbolos dos elementos potássio, criptônio e césio são, respectivamente, K, Kr e Ce. 17. O espetáculo de cores, que é visualizado quando fogos de artifício são detonados, deve-se à presença de elementos químicos adicionados à pólvora. Por exemplo, a cor amarela é devido ao sódio; a vermelha, ao estrôncio e ao cálcio; a azul, ao cobre; a verde, ao bário; e a violeta, ao potássio. Sobre os elementos químicos mencionados no texto, é correto afirmar: 18

1 M e ta is A lc a li n o s

A L C A L IN O S T E R R O S O S

13 14 15 16 17 G G G A 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12G R R R C ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO

U P O D O B O R O

U P O D O C A R B O N O

U P O D O N IT R O G Ê N IO

A L C O G Ê N IO S

H A L O G Ê N IO S

S E S N O B R E S

B

D G

I

E C

1) O elemento I é aquele que apresenta terísticas mais semelhantes ao elemento A, por carac pertencerem ao mesmo grupo. 2) Os elementos D e G pertencem ao terceiro período da tabela periódica. 3) Os elementos G, C e H pertencem aos grupos dos metais de transição, halogênios e gases nobres, respectivamente. 4) O elemento F pertence ao grupo do boro e o B ao grupo do Nitrogênio. 5) Os nomes dos elementos A, E, H são, respectivamente, hélio, estrôncio e flúor. 20. As substâncias simples também podem ser classificadas em metais, não metais e gases nobres. A este respeito, considere a alternativa incorreta. 1) Por ser bastante quebradiço, o alumínio, utilizado em latas de refrigerante, é considerado um não metal. 2) O carvão é uma substância simples feita a partir de um não metal, isto é observável a partir de sua aparência opaca e quebradiça. 3) Os gases hélio e argônio, presentes no ar atmosférico, pertencem ao grupo dos gases nobres. 4) Os elementos zinco e cobre, amplamente utilizados em ligas metálicas, possuem características metálicas. 5) Substâncias simples f eitas apenas de enxofre possue m aparência opaca e quebradiça e são classificadas como não metais.

ELEMENTOS REPRESENTATIVOS

a) O sódio e o cálcio são metais alcalinos. b) O estrôncio e o bário são metais alcalino-terrosos. c) O potássio e o bário são metais alcalino-terrosos. 195

1

2

3

4

5

6

7 A H

F

Er Tm Yb Lu

Th Pa U Np Pu AmC m Bk Cf Es Fm Md No Lr

2

d) O cálcio é metal alcalino, e o cobre é metal de transição. e) O cobre é metal de transição, e o potássio é metal alcalino-terroso. 18. A classificação periódica dos elementos possibilitou a organização de todos os elementos químicos conhecidos, além de prever novos elementos. Com base em seus conhecimentos acerca da tabela periódica, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Flúor, cloro e iodo pertencem ao mesmo grupo e encontram-se no estado gasoso à temperatura ambiente. 2) Argônio, Kriptônio e Héliopertencem à família dos Gases Nobres e apresentam reatividade muito baixa. 3) Boro, carbono e nitrogênio são conhecidos como elementos representativos, por serem os primeiros em suas respectivas famílias. 4) O elemento químico, que se situano terceiro período da tabela periódica, nafamília 14, é conhecido como Enxofre. 5) O mercúrio é o único metal que se encontra líquido à temperatura ambiente. 19. A tabela abaixo representa a tabela periódica. As letras não correspondem aos seus verdadeiros símbolos. A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados.

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d

4 Nucleossíntese e os

elementos químicos artificiais

o ã ç a c fi i s s la C

ck o str te t u h /S e rk e ts e m k k a s

5 O L U T Í P A C

Segundo a teoria dobig-bang, o Universo teve srcem em uma grande explosão a partir da qual começou a serem sintetizados a

diversidade de átomos de elementos químicos que compõem o Universo.

S PARE E PENSE

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

O que surgiu primeiro: os átomos dos elementos químicos ou o Universo?

e somos todos constituídos por átomos, elétrons e prótons, somos todos da mesma natureza. Mas, se por um lado, somos todos da mesma essência, é característica da natureza a diversidade. E porque o mundo é tão diverso? Com o avanço dos modelos atômicos, novos estudos foram desvendando mistérios de nossa srcem.Embora estejamos longe de compreender questões filosóficas sobre a nossa existência, veremos a seguir uma teoria, ainda não totalmente aceita por toda comunidade científica, mas que nos ajuda a compreender um pouco de nossa natureza e srcem, ao mesmo tempo que nos faz refletir sobre a necessidade de respeitarmos cada vez mais a diversidade existente na espécie humana, como em todo o Universo.

Big bang: uma teoria sobre a srcem doUniverso

Uma das teorias mais aceitas sobre a formação do Universo é a do big bang. Segundo essa teoria, há uns 15 bilhões de anos teria ocorrido uma grande concentração da matéria e da energia cósmica. Dentro desse “bolo” de matéria condensada, a temperatura começou a subir, a subir, até que… Bum! Aconteceu a grande explosão – o big bang. Vestígios dessa explosão fenomenal têm sido identificados por várias medições astrofísicas, que fornecem informações sobre as mudanças sofridas pela matéria srcinal do Universo logo após o ocorrido. Uma delas refere-se à composição química homogênea do Universo, em que a relação das massas de átomos de hidrogênio e hélio é de 3:1 (3 g de H para cada 1 g de He). Entretanto, como era a constituição da matéria antes da explosão? Vejamos algumas das ideias desenvolvidas pelo físico ucraniano George Gamow[19041968] e seus colaboradores, a partir dos dados obtidos sobre o que ocorreu após o big bang. Os três primeiros minutos de vida do Universo: este é o título do livro do físico estadunidense Steven Weinberg (Gradiva, 1987). E não é mera linguagem poética. Para a Física, os três primeiros minutos de vida do Universo foram decisivos para a criação dos átomos dos elementos químicos. Segundo a teoria do big bang, o Universo expandiu-se e resfriou-se logo após a explosão. Apenas 10–43 segundos depois da explosão, a temperatura do Universo seria de 1032 kelvins, algo comparado a 10 trilhões de trilhões de vezes mais quente do que o interior do Sol. 196

A um milionésimo de segundo da explosão, com a temperatura reduzida à metade, a matéria era constituída por uma massa de partículas subatômicas, como elétrons e quarks. Cerca de um centésimo de milésimo de segundo após, os quarks deixariam de existir como partículas livres e se associariam, formando prótons e nêutrons. Nos três minutos seguintes, ocorreria, finalmente, a nucleossíntese, ou seja, a união de partículas nucleares – prótons e nêutrons –, formando núcleos atômicos. Segundo Gamow, durante os primeiros 300 mil anos de vida do Universo, elétrons, prótons e nêutrons formados moveram-se desordenadamente. Nas condições de elevada temperatura desse período, era impossível ocorrerem combinações necessárias para constituir átomos eletricamente neutros. Quando a temperatura caiu a alguns milhares de kelvins, os elétrons começaram a

1

2

3

4

entrar em órbita ao redor dos núcleos produzidos, constituindo átomos de hidrogênio. Depois da elaboração destes, iniciou-se a formação do deutério (átomo de hidrogênio que possui núcleo com maior massa).

5

Linha do tempo da formação dos elementos químicos 6

Tempo 0 D L N P O Ã Ç A G L U IV D

A

1s

Temperatura 1032 K s. a ivt a tsr liu s re o C . o h n a m a t e d a l a sc e e d a r fo s e õ ç a trs u Il

Eventos partículas subatômicas

15 s

1010 K prótons e nêutrons

3 min e 15 s 1010 K

núcleos de hélio

400000 anos 1010 K

núcleos de deutério

2 bilhões de anos

4000 K primeiros átomos

5 bilhões de anos

20 K primeiras estrelas

15 bilhões de anos

< 20 K primeiras galáxias

7

2,7 K vida na Terra i j u Y J. :s e õ ç ra ts u lI

B

C

D

E

F

G

H

A grande explosão teria espalhado partículas dematéria para todo lado. Aos poucos, essas partículas se combinaram e formaram núcleos, átomos e moléculas, que, por sua vez, formaram os materiais dos corpos e astros celestes.

Os cientistas acreditam que os átomos dos diferentes elementos químicos tenham sido formados a partir de átomos de hidrogênio. Reações de fusão de átomos menores produziram átomos mais complexos, cujos núcleos atômicos têm maior quantidade de partículas, constituindo outros elementos. Essas reações de fusão liberam quantidades tão grandes de energia que, se comparadas, fariam as bombas de Hiroshima e Nagasaki parecerem fogos de artifício. Todos esses estudos estão sendo desenvolvidos por físicos dedicados às pesquisas, que buscam desvendar as leis que regem o comportamento das partículas no microcosmo atômico. Para o desenvolvimento dessas teorias, são necessários altos investimentos em pesquisa, como os feitos em aceleradores de partículas. Nesses aceleradores, as partículas subatômicas são aceleradas, e medidas físicas do seu comportamento fornecem dados que permitem a análise das teorias existentes, além de possibilitar novas 197

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

interpretações. Conhecendo-se melhor a natureza do comportamento das subpartículas, uma infinidade de novas tecnologias poderá ser desenvolvida. Por isso, a entrada em funcionamento, em setembro de 2008, do maior acelerador de partículas do mundo, construído pelo Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern), localizado na fronteira entre Suíça e França, causou um grande furor na mídia. Esse acelerador tem 27 quilômetros de circunferência e está a uma profundidade de 100 metros da superfície, equipado com grandes ímãs supercondutores. Os resultados dos estudos desse laboratório estão permitindo compreensão melhor da srcem do Universo e o desenvolvimento de Os estudos em desenvolvimento noacelerador de partículas do Centro novas tecnologias. Europeu de Pesquisa Nuclear permitem maior compreensão da natureza das O que tornou mais notório esse acontecimento partículas que srcinaram o Universo eo desenvolvimento de novas tecnologias. foram conjecturas levantadas sobre possíveis Genebra, Suíça, 2007. consequências dessas experiências. Certamente , exaltações e previsões catastróficas sensacionalistas foram difundidas, mas o fato é que riscos sempre existem e toda sociedade deve estar sempre vigilante a essas ações. Afinal, por meio de estudos semelhantes a esse – como o Projeto Manhattan – os Estados Unidos desenvolveram as bombas atômicas que, lançadas sobre o Japão, mataram centenas de milhares de pessoas na Segunda Guerra Mundial.

N R E /C ce ri B n ie il im x a M

Átomos de elementos sintetizados artificialmente ry a ri b L o t o h P e c n e ci /S lo l ie r a m r e F o r u a M

O desenvolvime nto científico e tecnológico possibilitou identificação de átomos dos elementos químicos naturais ae foi além: permitiu sintetizar , ou seja, fabricar em laboratório, átomos de elementos químicos não encontrados na superfície da Terra, os chamados elementos artificiais. Eles são produzidos com base na fusão de núcleos atômicos. Só que os núcleos desses átomos sintetizados artificialmente são instáveis e, logo que são produzidos, desintegram-se em outros átomos com núcleos mais estáveis. A maioria dos átomos é estável, ou seja, as partículas de seus núcleos estão unidas por forças de atração que se sobrepõem às de repulsão, mantendo a mesma estrutura ao longo do tempo. Já nos átomos instáveis, o alto número A síntese artificial de átomos, de alguns elementos químicos, trouxe de prótons e nêutrons pode criar desequilíbrio entre as contribuições significativas para a sociedade. Substâncias formadas forças de atração e repulsão, ocasionando a desintegração por átomos de tecnécio são muito utilizadas namedicina nuclear . são injetadas dos núcleos. Essa desintegração produz núcleos diferentes Pequenas quantidades de átomos desse elemento radioativo paciente e se fixam no órgão a serestudado, permitindo a obtenção dos srcinais, constituindo átomos de elementos químicos no de imagens com grandedetalhamento. distintos. Por exemplo: o átomo de urânio, que tem 92 prótons no núcleo, é instável. Ele pode se desintegrar, srcinando dois novos átomos: um átomo de estrôncio, com 38 prótons, e um de xenônio, com 54. Na realidade, é justamente por causa da instabilidade que os átomos desses elementos não são encontrados na crosta terrestre. Os átomos dos elementos transurânicos, elementos de número atômico superior ao do urânio (92U) são artificiais – com exceção do netúnio (93Np) e do plutônio (94Pu). Além desses, o tecnécio (43Tc) também é classificado como elemento artificial. 198

Imagine agora que você é um cientista e conseguiu obter, em laboratório, átomos que acredita serem de um novo elemento químico. Será que são mesmo? O reconhecimento da existência de átomos de um novo elemento químico deve obedecer a alguns critérios estabelecidos pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac).

1

2

responsáveis pela síntese e identificação dos elementos arti ficiais , Enormes investimentos foram feitos nesses laboratórios, que são travando, muitas vezes, uma acirrada disputa nesse processo. ’sL N L/L z e in rt a M h p se o J

u co s o M , a n b u D , h rc a e s e R r a e cl u N r o f te u itt s In t in o J

3

4

5

6

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Dubna – Instituto Nacional para Pesquisa Nuclear,na Rússia.

Laboratório Nacional Lawrence Livermore, nos Estados Unidos.

Em dezembro de 2015, a Iupac reconheceu, oficialmente, os elementos químicos de números atômicos 113, 115, 117 e 118, já identificados anteriormente. Em 8 de junho de 2016, a IUPAC oficializou os nomes desses elementos, respectivamente, em Nihonio (Nh), Moscóvio (Mc), Tennéssio (Ts)

edaOganéssio (Og). Estes nomes respeitaram a tradição, quemitológica, pelos critérios Iupac de atribuir a elementos químicos nomes de srcem de minerais, de lugares ou países, de uma propriedade ou um cientista. No caso, Nihon significa, em japonês, “a terra do sol nascente”; Moscóvio, deriva de Moscou; Tenéssio, de Tennessee e Oganéssio do cientista Yuri Oganessian. Todos eles estão relacionados aos laboratórios que desenvolveram pesquisas para sintetizar os referidos elementos. A identificação e a síntese de átomos de novos elementos têm sido marcadas por disputas entre diversos institutos de pesquisa, afinal a ciência é uma atividade humana e envolve conflitos de interesses. O reconhecimento de descobertas científicas propicia, entre outras coisas, apoio financeiro aos centros de pesquisa envolvidos. E não se faz ciência sem dinheiro. Na última oficialização de reconhecimento de novos elementos, em 2015, destaca-se o fato que, pela primeira vez, um país asiático, Japão, recebeu o crédito pela síntese de um novo elemento, o de número 113, que também foi reinvindicado por outros institutos. Como exemplos de descobertas simultâneas, podemos citar a do hélio, descoberto em 1895 por Willian Ramsay, na Inglaterra, e por P. T. Clever e N. A. Langlet, na Suíça, e a do protactínio, descoberto em 1917 por Otto Hahn e Lise Meitner, em Berlim, na Alemanha, K. Fajans, em Karlsruhe, também Alemanha, e por F. Soddy, J. A. Cranston e A. Fleck, na Escócia. E as pesquisas continuam para identificar os próximos elementos e, segundo previsões teóricas, é possível se ter elementos superpesados até o número 164; portanto, muito ainda temos por caminhar... 199

7

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d

5 Propriedades periódicas k c o tS /i 1 1 3 1 m to n a h P

o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

Alguns gases nobres são usados em balões. As suas propriedades são muito semelhantes e os átomos de seus elementos estão representados no último grupo da tabela. Eles evidenciam a variação depropriedades periódicas .

A

s propriedades químicas estão relacionadas à possibilidade de os átomos de um elemento interagirem com os de outros elementos, causando modificações em suas eletrosferas. Dessa forma, podemos dizer que a eletrosfera do átomo define o comportamento químico. É fundamental a compreensão de como os elétrons estão distribuídos nos níveis eletrônicos dos átomos, ou seja, o conhecimento de sua configuração eletrônica. Essa configuração é responsável pela repetição das propriedades A configuração eletrônica , de acordo dos átomos e das substâncias dos elementos. Para identificar essa relação com o modelo de Bohr, indica como os elétrons entre propriedades e configuração eletrônica, faça a atividade a seguir, antes se distribuem nos átomos. de prosseguir sua leitura. ij u Y .J

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Construção do Conhecimento Observe a tabela a seguir, que apresenta a configuração eletrônica do s átomos de alguns elementos químicos e responda.

que os átomos de elementos químicos pertencentes a um mesmo período possuem em comum em sua configuração 1. Oeletrônica? 2. Identifique os elementos químicos da tabela abaixo que estão em uma mesma família e analise o que eles possuem em comum.

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA NOS NÍVEIS ENERGÉTICOS Período da TP 1o

2o

3

o

4o

Número de elétrons por níveis energéticos 1o 2o 3o 4o

Número atômico

Elemento

Símbolo

1 2 3 4 9 10 11 13 17 18

Hidrogênio Hélio Lítio Berílio Flúor Neônio Sódio Alumínio Cloro Argônio

H He Li Be F Ne Na Al Cl Ar

1 2 2 2 2 2 2 2 2 2

– – 1 2 7 8 8 8 8 8

1 3 7 8

– – – – – – – – – –

19 20 33 36

Potássio Cálcio Arsênio Criptônio

K Ca As Kr

2 2 2 2

8 8 8 8

8 8 18 18

1 2 5 8

– – – – – –

Os átomos dos elementos do primeiro período da tabela periódica possuem elétrons que estão no primeiro nível energético. Os do segundo período têm elétrons que estão no primeiro e no segundo nível energético. Os do terceiro apresentam elétrons que estão até o terceiro nível energético, e assim por diante. Essa regularidade pode ser útil para a previsão de propriedades de átomos e substâncias. Assim, é bom lembrar que: 200

O período da tabela em que se encontra o elemento químico corresponde ao número de níveis energéticos que seus átomos possuem. Outra regularidade observada na configuração eletrônica dos átomos relaciona-se ao número de elétrons que eles têm no último nível eletrônico, conforme pode-se observar na tabela logo a seguir. Observe na tabela periódica que os átomos dos elementos do grupo 1 (metais alcalinos) possuem um elétron no último nível energético; os do grupo 2 possuem dois elétrons; os do grupo 18, gases nobres, possuem oito (exceto o hélio – He). Essa regularidade continua para átomos de outros grupos dos elementos representativos, conforme indicado na tabela abaixo.

1

2

3

NÚMERO DE ELÉTRONS NO ÚLTIMO NÍVEL ELETRÔNICO G r u po

Nd o

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1

eelétronsnoúltimoníveleletrônico

1

2

2

13

3

14

4

15

5

16

6

17

7

18

8

Nos próximos capítulos, vamos demonstrar que as propriedades químicas das substâncias dos elementos representativos estão diretamente relacionadas ao número de elétrons no último nível energético de seus átomos. Muitas dessas propriedades seguem a lei periódica, ou seja, variam periodicamente, conforme a posição do elemento químico na tabela periódica. Além das propriedades químicas das substâncias, temos também propriedades dos átomos dos elementos que variam periodicamente ao longo da tabela. Todas essas propriedades são denominadas propriedades periódicas. Essas são tanto as propriedades macroscópicas de suas substâncias quanto as propriedades microscópicas dos átomos. Dentre as propriedades periódicas, podemos citar, a reatividade química, temperatura de fusão e ebulição, densidade, eletronegatividade e afinidade eletrônica. Vejamos, a seguir, como algumas dessas propriedades variam ao longo da tabela periódica. Iniciaremos com o raio atômico, o qual determina a variação de outras propriedades.

Raio atômico A partir do estudo dos raios atômicos é possível prever outras propriedades dos átomos e das substâncias dos elementos. Para iniciar o estudo da variação do raio atômico, vamos analisar o gráfico do raio atômico de alguns elementos químicos. Antes de prosseguir sua leitura, realize a atividade a seguir.

Construção do Conhecimento 1. Identifique no gráfico abaixo os elementos químicos que estão em um mesmo período da tabela periódica. 2. Observe no gráfico a relação entre o aumento do número do período e a variação do raio atômico: aumenta ou diminui? Procure justificar o comportamento observado.

3. Identifique no gráfico abaixo os elementos químicos que estão em uma mesma família da tabela periódica. 4. Observe no gráfico a relação entre o aumento do número atômico do átomo de um elemento em uma mesma família e a variação do raio atômico: aumenta ou diminui? Procure justificar o comportamento observado. Raio atômico (em pm) versus número atômico (z) para os primeiros elementos químicos (com exceção dos gases nobres) 250

K

200

) m (p o ic 150 m ô t a 100 io a R

Mg

Li

Al Be Si B

H

50 0

Ca

Na

1

2

3

4

C N O

5

6

P

S Cl

F

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Número atômico (Z)

201

ji u Y J.

4

5

6

7

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

Observe que, em um mesmo grupo, o raio atômico aumenta na ordem crescente dos períodos e, em um mesmo período, o raio diminui com a elevação da carga nuclear. No grupo, é fácil entender o aumento do tamanho do átomo. Aumenta de cima para baixo, pois, quanto maior o número de níveis, maior será o raio atômico. No período, o tamanho do átomo aumenta na proporção inversa ao número de cargas positivas. Aumentando a carga do núcleo, maior é a força de atração pelos elétrons. Os elétrons ficam, então, mais próximos do núcleo. Quanto maior a carga positiva (que é correspondente ao número atômico) existente no núcleo do átomo, maior será a atração exercida sobre os elétrons, tornando o raio atômico menor. ji u Y .J

Li

Z=3

Fr

Z = 87 Na

Z = 11

Cl

Z = 17

ji u Y .J

R 1 2

2 níveis

R

1 2

R R

3

Li

3 níveis

4

Fr

R R

5 6

Na Cl

3 níveis

7 níveis

7

Em um mesmo grupo, à medida queaumenta o número atômico, aumenta o raio. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

R 1 2 3

1 2 3

Em um mesmo período, à medida que aumenta o número

atômico, diminui o raio.

E se um átomo perder elétrons formando um cátion? Nesse caso, teremos o mesmo núcleo atraindo um número menor de elétrons, aumentando a intensidade de atração e fazendo com que os elétrons fiquem mais próximos do núcleo. O resultado também é um menor raio iônico (raio de íons). Veja o exemplo do sódio (Na), neutro, e o do cátion sódio (Na+). Na

Na+

Z = 11

11p e 11e– ij u Y .J

11p e 10 e–

R

R

1 2 3

1 2

3 níveis

R R

Na Na+

2 níveis

Cátions têm raios menores do que seus respectivos átomos.

Por outro lado, um átomo, ao receber um ou mais elétrons, formando um ânion, continuará com a mesma carga nuclear para atrair maior quantidade de elétrons. Isso resultará em uma atração mais fraca e, consequentemente, um raio maior (raio iônico) em comparação ao do átomo neutro (raio atômico). Veja o exemplo do raio do cloro (Cl) e o do ânion cloreto (Cl–). Cl ji u Y .J

Cl–

Z = 17 17pe17e

17pe18e R

R

1 2 3

3 níveis

1 2 3

R R

Cl Cl–

3 níveis

Ânions têm raios maiores do que seus respectivos átomos.

A determinação do raio atômico é um processo complexo, uma vez que o átomo é uma entidade muito pequena, que não pode ser manipulada diretamente. Todavia, por meio indireto é possível fazer essa determinação. 202

Energia de ionização

1

Como já vimos anteriormente, os átomos de uma substância podem ganhar ou perder elétrons formando íons. O processo de retirada de elétrons de um átomo ocorre com variação de energia. Antes de prosseguir sua leitura, realize a atividade a seguir.

2

Construção do Conhecimento

3

1. Identifique no gráfico abaixo, os elementos químicos que estão em um mesmo período da tabela periódica. 2. Observe no gráfico a relação entre o aumento do número do período e a variação do potencial de ionização: aumenta ou diminui? Procure justificar o comportamento observado em relação ao tamanho do raio atômico.

3. Identifique no gráfico abaixo, os elementos químicos que estão em uma mesma família da tabela periódica. 4. Observe no gráfico a relação entre o aumento do número atômico do átomo de um elemento em uma mesma família e a variação do potencial de ionização: aumenta ou diminui? Procure justificar o comportamento observado, em relação ao tamanho do raio atômico.

4

5

6

Potencial de ionização ji u Y J.

25 D L N P O Ã Ç A G L U IV D

7

) 20 V (e o ã ç a 15 z i n o i e d a i 10 rg e n E

5

0

2

4

6

8

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Número atômico (Z)

Para se retirar um elétron do átomo, é necessário fornecer energia para que ele seja excitado e passe para níveis mais energéticos até ser extraído. Essa energia fornecida é denominada energia de ionização ou potencial de ionização. A energia de ionização é determinada experimentalmente. Com base nos valores obtidos para cada elemento, pode-se analisar como varia o potencial de ionização em um gráfico, como o apresentado acima. Um átomo tem certa estabilidade energética que lhe permite ter identidade própria. O número de elétrons é igual ao número de prótons em um será átomo eletricamente assim, retirar elétrons de um átomo requer uma quantidade de energia. Essa energia maior quanto maisneutro; difícil for retirar elétrons do átomo. Retirar um elétron de um átomo, que possui dois prótons e dois elétrons, será muito mais difícil do que retirar um elétron de um átomo que possui dez prótons e dez elétrons. Primeiro, porque no átomo com dois elétrons esses estarão muito mais perto do núcleo do que no outro caso, pois quando um átomo tem somente dois elétrons ele possui apenas uma camada eletrônica, seu raio é pequeno. No caso do átomo de dez elétrons, esse possui duas camadas eletrônicas, é um átomo maior do que o anterior e a ação de atração do núcleo positivo sobre os elétrons negativos será menor, pois eles estarão mais longe. Segundo esse raciocínio, pode-se dizer que o aumento do potencial de ionização varia na tabela periódica de baixo para cima nos grupos. 203

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

Como essa propriedade vai variar em um mesmo período da tabela periódica? Se recordarmos que o raio atômico aumenta no grupo no sentido contrário ao do número atômico, ente nderemos que um átomo de maior número atômico será menor, pois a carga nuclear também será maior e a força de atração nuclear será maior e, portanto, seus elétrons estarão mais próximos ao núcleo. Consequentemente, são atraídos mais fortemente, exigindo maior quantidade de energia para removê-los, ou seja, o potencial de ionização será maior.

Eletronegatividade Como já vimos anteriormente, os átomos podem perder ou ganhar elétrons, formando íons. Quando um átomo perde um elétron, ele fica com quantidade de carga negativa menor do que a quantidade de carga positiva. Resulta do: sua carga total será positiva. Antes de prosseguir sua leitura, realize a atividade a seguir.

Construção do Conhecimento 1. Será que todos os átomos podem ganhar ou perder elétrons com a mesma intensidade? Por quê? 2. Qual é o átomo que atrai mais fortemente um elétron para si: um átomo pequeno ou um grande? Por quê? 3. Como você diria que varia a eletronegatividade (tendência de um átomo atrair elétrons) na tabela periódica dos elementos em um mesmo período, levando em conta o raio atômico? Justitique sua resposta.

4. Como você diria que varia a eletronegatividade na tabela periódica dos elementos em uma mesma família, levando em conta o raio atômico? Justitique sua resposta. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

5. Compare os dados de eletronegatividade da tabela abaixo, com a variação que você previu nas questões 3 e 4. VALORES DE ELETRONEGATIVIDADE DOS ÁTOMOS DE ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS Elemento Eletronegatividade F 3,98 O Cl N Br I S C H Fr

3,44 3,16 3,04 2,96 2,66 2,58 2,55 2,20 0,7

Os átomos podem também ganhar elétrons e, nesse caso, ficarão com quantidade de carga negativa maior do que sua quantidade de carga positiva. Resultado: carga total negativa. Observou-se que os átomos dos elementos químicos apresentam diferentes intensidades de atração sobre os elétrons. Essa diferença de intensidade, responsável por diversas propriedades químicas e físicas das substâncias, foi denominada eletronegatividade. Os átomos, que possuem maior eletronegatividade, são aqueles com maior tendência a atrair os elétrons. “Tamanho não é documento” , diz o velho ditado. Um átomo com pequeno raio atômico atrai elétrons com maior intensidade. A explicação é simples: no átomo de raio pequeno, os elétrons estão mais próximos da carga positiva do núcleo. Podemos dizer, então, que, de modo geral, a eletronegatividade varia ao longo da tabela periódica de maneira oposta ao raio atômico: quanto maior o raio atômico de um átomo, menor é a sua eletronegatividade e vice-versa. As exceções são o hidrogênio (núcleo com só um próton) e os gases nobres (átomos que já são muito estáveis). 204

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO. 1

21. Atualmente são conhecidos 92 elementos químicos

28. Na tabela periódica, o elemento enxofre, número atômico

naturais.Como a teoria do Big Bang explica a formação desses átomos? 22. Quais as características dos elementos artificiais, qual a sua aplicação na nossa sociedade? 23. “Big bang é uma teoria que diz que, no passado, o universo era quente, denso e expandiu muito rápido”, foi o que me contou o físico Martín Makler, do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. Ele também me disse que o universo continua em expansão, só que mais devagar do que naquela época. Imagine que, no passado, as galáxias estavam mais próximas umas das outras. O universo era mais denso porque tudo estava comprimido e, pelo mesmo motivo, ele era mais quente.”

16, encontra-se entre os elementos de número atômico 8, 15, 17 e 34. Qual(is) desses apresenta(m) átomo(s) e substância(s) com propriedades físicas e químicas mais parecidas com as do enxofre?

29. Que característica semelhante apresentam os átomos dos

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

30. Que informações podemos obter a respeito dos átomos

4

dos elementos químicos em relação à tabela periódica, com base em sua configuração eletrônica?

31. (PUC-SP) Resolva a questão, com base na análise das afirmativas a seguir. I – A tabela periódica moderna atual está disposta em ordem crescente de massa atômica. II – Todos os elementos que possuem 1 elétron e 2 elétrons na camada de valência são, respectivamente, metais alcalinos e metais alcalinos terrosos, desde que estejam no 1º período. III – Em um mesmo período, os elementos apresentam o mesmo número de níveis (camadas). IV – Em um mesmo grupo (família), os elementos apresentam o mesmo número de níveis. Conclui-se que, com relação à tabela periódica atual dos elementos químicos, estão corretas: a) I e IV (apenas). b) I e II (apenas). c) II e III (apenas). d) II e IV (apenas). e) III e IV (apenas).

de átomos de hidrogênio, após a grande explosão. primeiros átomos formados 5) Os aceleradores de partículas visam estudar a formação de partículas subatômicas para, entre outros objetivos, entender um pouco mais sobre o Big bang. 24. Alguns elementos artificiais foram produzidos na Universidade32. Baseie-se na classificação periódica dos elementos a seguir, onde aparecem símbolos arbitrários, para julgar os itens em de Berkeley, nos anos de 1930. Entre os descobertos, por C para corretos e E para errados: exemplo, está o netúnio (Np), cujo número atômico é 93. Os elementos artificiais possuem esse nome, pois são: A a) Matéria prima apenas para produtos industriais. F H b) Extremamente estáveis e abundantes em toda a terra. D B c) Encontrados em lugares específicos da superfície G terrestre. E d) Produzidos em laboratórios a partir da fusão de núcleos I menores. C e) Considerados osprimeiros elementos aserem produzidos 1) Todos os elementos representados estão organizados durante o Big bang. em ordem crescente de seu número atômico. 2) Os elementos D e B, F e H estão no mesmo período, 25. Que explicação poderia ser apresentada para justificar que a Lei Periódica depende do número atômico dos átomos indicando que apresentam a mesma quantidade de dos elementos químicos, como afirmou Moseley, e não do níveis de energia. peso atômico, como previu inicialmente Mendeleev? 3) Os elementos A e I pertencem ao grupo dos gases 26. Baseando-se na configuração eletrônica dos átomos, nobres, embora estejam em períodos diferentes. explique como é possível prever a regularidade das pro4) Os elementos B e C pertencem ao mesmo grupo da priedades químicas em um mesmo grupo da at bela periódica. tabela periódica, portanto, apresentam os mesmos 27. O que são propriedades periódicas? elétrons na última camada. 205

3

elementos oxigênio e enxofre, para pertencer ao mesmo grupo da tabela periódica?

Disponível em: . Acesso em: 20 abr. 2016 O texto acima relata parte da teoria do Big bang, que visa

explicar o início do Universo. A este respeito, considere C para as alternativas corretas e E para as erradas. 1) Esta é a única teoria que tenta explicar a srcem do universo, portanto, é unanimidade no meio científico e não científico. 2) A prevista abundância de átomos de hidrogênio, logo após o Big bang, é não plausível por este ser considerado com número atômico elevado. 3) Prótons e nêutrons não são considerados partículas indivisíveis, pois são formadas por quarks. 4) Os átomos com maior massa surgiram a partir da fusão

2

5

6

7

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

5) O elemento H apresenta 7 elétrons no último nível de energia.

33. Determinado elemento está situado no terceiro período da tabela periódica e pertence ao grupo 17. Sobre esse elemento pode-se afirmar: a) Tem dezessete elétrons no último nível de configuração. b) Apresenta três níveis de energia, sendo cada nível reponsável pelas suas propriedades químicas. c) É um halogênio. d) Apresenta baixa eletronegatividade. e) Pertence à mesma família do oxigênio.

34. Observe a distribuição de elétrons por níveis de energia dos seguintes elementos. A este respeito, considere C para as alternativas corretas e E para as erradas.

Cultura

Região do Brasil

Nutrientes mais importantes para a planta conforme o tipo de solo

Feijão

Nordeste

Nitrogênio, fósforo e potássio

Milho

Sul e Sudeste

Arroz

Mato Grosso, Acre e Maranhão

Nitrogênio e zinco Fósforo, nitrogênio e zinco

Fonte: FERREIRA, M. E.Micronutrientes e elementos tóxicos na agricultura. Jaboticabal: CNPq/FAPESP/POTAFO, 2001.

Situe tabela periódica a posição doem grupo e o período de cada na elemento citado e organize-os ordem crescente, segundo os raios atômicos.

38. Verificando a tabela periódica, indique qual dos íons F –,

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Elemento/ níveis de energia

1o

2o

3o

4o

He C Ar Ge

2 2 2 2

– 4 8 8

– – 8 18

– – – 4

Cl– e Na+ apresenta maior raio atômico. Explique.

39. Em relação às transformações a seguir, no sentido indicado, em qual delas a energia envolvida mede o potencial de ionização? a) Na(g) → Na+(g) + 1e –. b) H+(aq) + 1e – → 1/2H2(g). c) F(g) + 1e – → F–(g). d) 2F(g) → F2(g).

40. Observe a configuração eletrônica no estado fundamental

1) C e Ge estão no mesmo grupo da tabela periódica. 2) He possui elétrons distribuídos emdois níveis de energia. 3) Ar e Ge pertencem ao mesmo período da tabela periódica. 4) Um átomo neutro de argônio possui 18 elétrons e um de Ge 32. 5) Ar, Ge e He possuem, respectivamente, 8, 8 e 2 elétrons no último nível de energia.

35. Com o auxílio da tabela periódica, assinale a alternativa que apresenta todos os elementos em ordem crescente de raio atômico. a) Flúor, oxigênio, cálcio e césio. b) Carbono, flúor, lítio e hélio. c) Césio, frâncio, cobre e oxigênio. d) Xenônio, césio, cobre e carbono. e) Potássio, oxigênio, flúor e hélio. 36. Qual dos átomos dos pares abaixo apresentará maior raio? a) 8O e 8O2–. d) 19K+ e 3Li+. 3– b) N e N . e) F – e Cl–. 9 17 c) 720Ca2+7 e 12Mg2+.

37. Cada lavoura necessita de diferentes nutrientes em proporções variadas, dependendo do tipo de solo que será cultivado, para que sua produtividade seja maior. O quadro a seguir apresenta algumas das principais culturas e os tipos de nutrientes que, conforme o solo utilizado, influenciam no desenvolvimento dos vegetais. 206

dos átomos dos elementos não identificados, X, Y e Z O 2O Nível de 3O nível de 4O nível de Elemento 1 nível de energia energia energia energia

X281– Y287– Z2881

Considere a alternativa correta: a) O elemento Y temmaior raio atômico que o elementoX. b) O elemento Z tem maior energia de ionização que o elemento Y. c) Os elementos X e Z apresentam a mesma eletronegatividade. d) O elemento Z é um gás nobre. e) A ordem crescente de eletronegatividade é deZ, X e Y.

41. (U.F. VIÇOSA) A afirmativa falsa, referente à eletronegatividade, é: a) A diferença entreas eletronegatividades de dois elementos determina a predominância do caráter iônico ou de covalência das ligações entre seus átomos. b) A eletronegatividade dos elementos de um mesmo grupo de classificação periódica varia diretamente em seus raios atômicos. c) A eletronegatividade dos elementos de um mesmo período da classificação periódica varia diretamente com carga nuclear. d) O flúor é o elemento mais eletronegativo dos halogênios. e) Os elementos de menor eletronegatividade são os metais alcalinos.

6 Produtos químicos e seus rótulos

1

s n e g a m I r a sl u P / ib D re d n A

2

3

Uma consumidora lê atentamente orótulo em um vidro de pimenta. É importante saber que substâncias compõem os produtos que consumimos.

4

A D L N P O Ã Ç A G L U IV D

s embalagens possuem múltiplas funções.Embalagens de PARE E PENSE engradados de madeira foram muito utilizadas para transportar mercadorias pela indústria. Aos poucos elas foram substituídas. Para transporte de produtos líquidos durante muito tempo predominou o uso de Que informações importantes precisam ser obtidas na leitura dos garrafas de vidro, essas já utilizadas desde 1 500 a.C. pelos babilônios. rótulos de produtos químicos? Tão antigas quanto os vidros, têm-se a juta, o algodão, o couro e a madeira, que foram as primeiras embalagens usadas pelos agricultores no transporte de suas mercadorias perecíveis. Mas foi com a Revolução industrial Enlatados de estanho foram difundidos que as embalagens começaram a adquirir novas funções além do transporte: conservação e marketing. Ao se produzir bens em grandes quantidades a durante a Segunda Guerra Mundial para os alimentos dos soldados. Depois o serem distribuídos em localidades cada vez mais distante, era necessário conservar seu uso foi largamente ampliado pela indústria aumentar o tempo de preservação da mercadoria. alimentícia. Os enlatados de aço, revestido por estanho (folha de flandres), foram introduzidos no início do século XIX como uma boa opção para conservar os alimentos. O seu custo elevado fez com que fosse substituído pelo alumínio, que possui maior vantagem, pelo fato de ser resistente à corrosão, não ser tóxico e não ter o efeito deescurecimento da lata, como ocorre com osdemais tipos de enlatados. Na verdade, o uso de metais, como ferro, estanho e cobre, assim como cerâmicas de barra, data da pré-história, mas o seu largo emprego como embalagem se difundiu após a Revolução Industrial. Uma embalagem que cumpre bem a função protetora é a Longaida, V também chamada de cartonada, multicamadas ou Tetra Brick. Embalagem constituída por um pacote de camadas de diferentes materiais superpostos (camadas de As embalagens de pizza para a entrega em plásticos, papel alumínio e papel-cartão). O nome Tetra vem do formato de domicílio são compostas, uma embalagem tetraédrica que a srcinou e do seu formato de tijolo brick ( - geralmente, por camadas de em inglês). As camadas de plástico protegem o produto e evitam contato compapelão e cumprem bem a as demais camadas; a camada de papel-alumínio evita a passagem de oxigênio,função de manter o produto luz e a contaminação do meio externo; as camadas seguintes, polietileno e dequente. papel-cartão, dão sustentação à embalagem; e, finalment e, tem-se uma camada externa protetora de plástico. Essa embalagem é asséptica e muito eficiente. Outro tipo de embalagem que foi uma revolução na proteção dos alimentos é a de película, que teve início na segunda década do século XX. Inicialmente, foram usados filmes de celofane, polímero derivado da celulose, o qual depois foi substituído por plásticos derivados do petróleo. Destacam-se dos plásticos, os filmes de polietileno. Esse polímero foi muito usado como outro tipo de embalagem, além de película. Outros polímeros desenvolvidos pela indústria petroquímica tiveram destaque, como o poliestireno e o policloreto de vinila (PVC). s n e g a m I r a ls u P / o r e m o R r e is A

207

5

6

7

s n e g a m I r sla u /P d l o yn r g

s o ic m í u q s to n e m e l e s o d

A embalagem de papel, invenção dos chineses, que depois foi dominada pelos árabes e, posteriormente, pelos espanhóis, mbém ta cumpriu a função protetora. Porém, o papel teve outra importância marcante, a de introduzir o processo de rotulagem, após a invenção da máquina de produzir papel. O rótulo veio cumprir a segunda função das embalagens introduzida pela Revolução Industrial: marketing. No novo processo de comercialização era necessário identificar as mercadorias. Isso foi se sofisticando com o advento dos supermercados, que introduziram outra novidade no processo comercial: a disponibilidade individualizada dos produtos para manuseio direto pelo consumidor. A embalagem, assim, serviu não apenas para estocar e conservar os produtos, mas para apresentá-los deforma atrativa. Os rótulos nessas embalagens foram também assumindo diversas funções: identificação do produto e registro de

e im ts m a re D / v e h ct h ci l se T i re d n A

o ã ç a c fi i s s la C 5 O L U T Í P A C

A beleza das embalagens que encanta os marcas. Umaque marca é um logotipo facilmente identificável consumidor a elacomercial está associando uma imagem positi va, fazendo compelo que o consumidores é utilizada como estratégia de seu produto seja aceito rapidamente para consumo. Quando isso foi identifica do marketing para estimular oconsumo.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

pelo mercado empresarial, logo diversos estudos com equipes multidisciplinares foram desenvolvidos, com o propósito de se encontrartratégias es que induzissem à aceitação das marcas dos produtos. Para isso, surgiu a indústria domarketing, por meio de investimentos maciços em propagandas. Como resultado desse processo, milhares de pessoas foram induzidas ao consumo de determinadas mercadorias, muitas vezes sem nem perceberem, ou até mesmo sem nem necessitarem do uso delas. Formou-se, assim, a sociedade de consumo, que levou à crise ambiental. Conhecer essa dinâmica do mercado empresarial é fundamental, para que possamos mudar o paradigma dominante do mercado para um paradigma sustentável. Sabe-se que cerca de 40% do que consumimos estão acondicionados em embalagens não aproveitadas depois e, é claro, descartadas no lixo, sem nenhum benefício. O impacto de milhares de toneladas de sacos plásticos

e m tsi m a e r /D io d u tS _ L T

É exigido legalmente que determinados produtos tenham rótulos com instruções específicas sobre o seu uso.

k c o t rs e tt u h S / e g r o e g 9

que lançamos anualmente ambiente muito grande. Umsupermercado. único brasileiro joga fora, por ano, cerca deno880 sacolas éplásticas dessas de Absurdo? É quase um carrinho de supermercado cheio! A plasticomania cresceu com oconsumismo da sociedade moderna. Muitas das sacolas plásticas são feitas de substâncias srcinadas do petróleo, não biodegradáveis, e levam séculos para se decomporem. Existem campanhas para se adotar sacolas de tecido de algodão, ou sacolas plásticas retornáveis, para ir aos supermercados. Quando efetuamos uma compra, devemos pensar não somente nas mercadorias, mas também nas embalagens e no uso de objetos plásticos descartáveis. Como fazer isso? Atitudes simples como umnão “ precisa, obrigado(a)”, dispensando as “sacolinhas”, ao se comprar objetos pequenos, também são formas de contribuir muito para a preservação do planeta. Se o rótulo tem a função de induzir atitudes consumistas, ele, por outro lado, passou a ter outra função, que, por até determinação legal, passa a informar o consumidor sobre as propriedades e o uso do produto. Neste capítulo você vai estudar um modelo de constituição de partículas da matéria, que será a base para

aconcentração compreensãoe composição, dos próximosempregadas capítulos que de medida de emenvolverão rótulos de unidades vários produtos. Assim, você vai aprender a fazer uso dessas unidades de medida conforme o caso. Ao fazer os exercícios de cálculos químicos, você vai se habilitar amanusear os produtos químicos na medida correta, para produzirem o efeito que se deseja e para diminuir o impacto ambiental de seu uso. Dessaforma, é preciso O poliestireno é um polímero termoplástico habituar a usar diferentes unidades de medida, pois não há padronização nas largamente utilizado comoembalagens de unidades e os fabricantes expressam as concentrações e as composições dos produtos em diferentes unidades. alimentos. 208

a d n o H e g r o J

ÁGUA MINERAL COM GÁS Água mineral com gás 510ml

CARACTERÍSTICAS DO PRODUTO CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS: pH a 25 oC: 5,34 Temperatura da Água na Fonte: 21,7 oC Condutividade Elétrica a 25 oC: 483 S/cm Resíduo de Evaporação a 180 oC calculado: 283,18 mg/L Gás Carbônico: 2075,81 mg/L.

ÁGUA MINERAL SEM GÁS Água mineral natural 510ml

COMPOSIÇÃO QUÍMICA (mg/L) Bicarbonato: 294,96 Potássio: 33,524 Sódio: 32,789 Cálcio: 31,467 Magnésio: 13,281 Nitrato: 2,25 Sulfato: 1,83 Cloreto: 1,74 Bário: 0,462 Fluoreto: 0,11 Estrôncio: 0,053 Lítio: 0,033 NÃO CONTÉM GLÚTEN

CARACTERÍSTICAS DO PRODUTO CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS: pH a 25 OC: 5,34 Temperatura da Água na Fonte: 21,7 OC Condutividade Elétrica a 25 OC: 483 µS/cm Resíduo de Evaporação a 180 OC calculado: 283,18 mg/L

ÁGUA MINERAL NATURAL

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ÁGUA MINERAL NATURAL

A composição química de água gaseificada é diferente da água sem gás.

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COMPOSIÇÃO QUÍMICA (mg/L) Bicarbonato: 294,96 Potássio: 33,524 Sódio: 32,789 Cálcio: 31,467 Magnésio: 13,281 Nitrato: 2,25 Sulfato: 1,83 Cloreto: 1,74 Bário: 0,462 Fluoreto: 0,11 Estrôncio: 0,053 Lítio: 0,033 NÃO CONTÉM GLÚTEN

Tenha em mente, que o uso de qualquer produto químico deve ser feito sempre na proporção adequada e para isso procure usar algum dosador, mesmo que seja improvisado. Obviamente, em casa não é necessária a precisão dos laboratórios químicos, porém entender que as reações ocorrem seguindo proporcionalidade é compreender que as medidas dos produtos químicos devem se aproximar de proporções previstas. Sendo assim, sempre se oriente na proporção recomendada nos rótulos. Os cálculos químicos das reações que serão desenvolvidos neste capítulo vão lhe ajudar a compreender a imp ortância dessa recomendação e na habilidade de realizar a preparação das formulações adequadamente. Os rótulos devem fornecer as medidas corretas para o seu uso, todavia há diversas informações importantes constantes neles, que devem ser observadas pelo consumidor, como a data de validade, dentre outras. Essas informações ajudam o consumidor na decisão sobre o uso do produto, evitando compras enganosas, por mensagens dúbias utilizadas pela mídia, bem como orientam sobre recomendações essenciais para o correto manuseio. Anelise Grünfeld de Luca, em seu livro O Ensino de Química nas Leituras de Embalagens Rótulos, chama atenção para os principais pontos que merecem ser observados na leitura dos rótulos. São eles: composição química, modo de usar, cuidados de conservação e precauções, termos científicos utilizados como propaganda e cores/imagem. A atençãona composição química implica necessidade de buscar informações sobre a ação e o efeito dos principais componentes enumerados no produto. Deve-se ter atençãoredobrada para se certificar sobre a clareza das informações relativas ao modo de usare cuidados de conservação e precauções. Por fim, a análise dos termos científicos, das cores e imagens deve lhe alertar sobre algum truque efetuado pela indústria para aumentar a venda do produto. São diversas as mensagens dúbias que os fabricantes procuram repassar. Geralmente, são adicionadas flagrâncias aos produtos e outros aditivos que em nada influenciam no seu poder de ação, a não ser na indução ao consumo. Branqueadores em detergentes não limpam a roupa, apenas escondem a sujeira, assim como odores nos detergentes de lavar louças. Provavelmente, será mais agradável lavar louça com um odor que lhe agrade ou até escovar os dentes com um creme dental que lhe estimule, como cremes com clorofila. Porém, ter ciência que seus dentes não fazem fotossíntese e, logo, não necessitam de clorofila, e que detergentes não são produtos para saborear, vai fazer que com a sua compra seja consciente e não induzida. 209

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Com relação aos alimentos, esteja atento à tabela nutricional e às informações importantes sobre a sua dieta. Consulta ao nutricionista poderá lhe orientar sobre os cuidados que você deve tomar para a seleção de alimentos adequados que atendam suas necessidades específicas. São muitos os ingredientes encontrados nos alimentos, mas com o hábito da leitura e de pesquisa, aos poucos você vai se familiarizar com o que é essencial e o que é apenas um mascaramento da realidade. Muitos sucos, só contêm água, açúcar e aditivos, que imitam o sabor da fruta, sem possuírem os nutrientes presentes na fruta natural. Desejamos que você aprenda e habitue-se a ler os rótulos, pois eles dizem do conteúdo que lhe interessa. A embalagem cumpre a função de transportar, proteger e até ajudar a apreciar o que tem dentro, mas nada disso importa se o conteúdo não tiver o seu devido valor.

Atitude Sustentável

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Verificar a data de vencimento dos produtos para evitar que eles se estraguem antes de usá-los. Ler cuidadosamente as informações sobre o produto antes de comprar, para se certificar de que ele atende às suas necessidades, evitando comprar algo sem muita utilidade. Ler as informações sobre a utilização do produto para usá-lo adequadamente, evitando desperdício. Evitar excesso de embalagens. Use sacolas de tecido. Não utilizar sacolas plásticas quando comprar algo que possa ser carregado na mão ou em outra sacola. Dar preferência a produtos que tenham embalagem retornável, refil ou sejam recarregáveis. Evitar comprar produtos que tenham muitas embalagens. Reutilizar embalagens que tenham potencial de reúso e não ofereçam risco à saúde para embalar outros produtos.

Participação Cidadã 1. Apresente argumentos, com justificativas a favor e contra, sobre presentear pessoas queridas com embalagens decorativas,

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considerando valores estéticos, emocionais e ambientais e discorra sobre como conciliar esses diferentes valores em uma atitude de consumo sustentável. Enumere atitudes que possam ser adotadas para reduzir a influência dos mecanismos de marketing utilizados pela mídia. Indique pelo menos três materiais que poderão ser adotados em sua casa como dosador, para medir quantidades de volume de líquidos e de massa de sólidos. Analise rótulos de três garrafas de água mineral de marcas diferentes, sendo uma delas água gaseificada e identifique os principais componentes de cada uma e os componentes que diferenciam uma água com gás de uma água sem gás. Faça a leitura de, pelo menos, cinco rótulos diferentes de produtos de limpeza, produtos alimentícios e produtos de higiene pessoal. Analise as seguintes informações dos rótulos: composição química, modo de usar, cuidados de conservação e precauções, termos científicos utilizados como propaganda e cores/imagem. Busque na internet, em sites confiáveis, informações sobre as substâncias presentes na composição química e termos científicos encontrados na propaganda da embalagem. Em sua análise, inclua comentários se as informações de cada rótulo estão corretamente indicadas, apontando as inadequadas e as ausentes.

Ação e Cidadania Elabore um questionário sobre leitura de rótulos e aplique na sua comunidade local (escola, rua, bairro, comércio), para levantar o hábito das pessoas lerem os rótulos do produto e procure informar, aos entrevistados, sobre a importância dessa leitura. 210

Revisão para a prova

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO. 1

1. Em 1850, eram conhecidos cerca de 60 elementos químicos. A necessidade de classificá-los eficientemente era crescente. Naquela época, os cientistas já conheciam as propriedades físicas e químicas de diversas substâncias. Esses conhecimentos foram a base de várias propostas de classificação dos elementos químicos apresentadas durante o século XIX. Ao longo da história diversos cientistas contribuíram na sua elaboração, que resultou na atual tabela periódica. A respeito da história da organização dos elementos

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

químicos na tabela periódica, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Um dos estudos que muito contribuiu para identificar essa regularidade foi desenvolvido pelo químico sueco Berzelius, que buscou isolar as substâncias simples e determinar o peso atômico dos átomos dos elementos químicos. 2) Döbereiner propôs, em 1829, a classificação dos elementos com base nas propriedades das substâncias relacionada ao peso atômico dos elementos. Observou que substâncias simples de alguns grupos de três elementos apresentavam propriedades químicas semelhantes. A esses grupos de três elementos deu o nome de tríade. 3) Gmelin, em 1842, publicou um sistema de classificação dos elementos baseado nas tríades de Döbereiner, de

Mendeleev, uma nova organização que fundamentou a forma de apresentação das tabelas periódicas atuais. 2. A proposta da organização dos elementos químicos na tabela periódica atual de Mendeleev derivou de estudos, em que o conhecimento foi sendo reelaborado. De uma classificação de tríade, reinventa-se uma ordem na forma de hélice, que é reelaborada para uma ordem de oitava. Mas os estudos foram apontando uma organização relacionada às propriedades químicas das substâncias e: a) A massa atômica dos elementos químicos.

b) Ao peso atômico das substancias químicas. c) A massa molecular dos elementos químicos. d) Ao número atômico dos elementos químicos. 3. Em 1870, Meyer publicou um trabalho no qual reconhece a proposta de Mendeleev para a Tabela Periódica e apresenta algumas correções. Meyer baseou-se principalmente em propriedades físicas, enquanto Mendeleev, em propriedades químicas de óxidos e de substâncias simples. Apesar de algumas divergências, os dois cientistas reconheciam e respeitavam o trabalho um do outro. Embora Mendeleev tenha alcançado maior prestígio, ambos foram reconhecidos pela comunidade científica. Assim, a Lei Periódica é considerada de Mendeleev-Meyer. A respeito do desenvolvimento da organização dos elementos químicos na tabela periódica, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Ao organizaros elementosconsiderando aordem crescente acordo com as semelhanças das propriedades físicas e químicas das substâncias simples dos elementos de peso atômico e as propriedades químicas de suas químicos. substâncias, Mendeleev observou que em sua tabela 4) Willian Odling, por volta de 1868, propôs uma existiam espaços vazios. Deduz iu, então, que eles deveriam classificação baseada em treze grupos que, para pertencer aos elementos químicos ainda não descobertos. alguns historiadores, também englobava as tríades de 2) O trabalho de organização de Mendeleev foi tão Döbereiner e considerava as substâncias formadas pelos eficaz que ele pôde até prever as propriedades de átomos de cada elemento. três elementos ainda não descobertos, aos quais deu 5) Chancourtois, em 1862, propôs uma classificação os seguintes nomes: ecalumínio (gálio, descoberto na forma de cilindro em parafuso; nessa ordem, em 1875), ecaboro (escândio, descoberto em 1879) e ele observou que os elementos com propriedades ecassilício (germânio, descoberto em 1886). semelhantes encontravam-se verticalmente alinhados. 3) Seguindo a previsão das propriedades dosátomos e das Sua classificação ficou conhecida como parafuso telúrico substâncias previstos por Mendeleev, outros elementos foram descobertos posteriormente, como os gases nobres 6) Newlands, em 1864, apresentou uma organização dos (hélio, em 1895; argônio, em 1894; e neônio, em 1898), elementos químicos por ordem de peso atômico. Ele descobertos pelo químico escocês Willian Ramsay. observou que ao dispor os elementos em ordem crescente 4) As tabelas de Mendeleev e de Meyer não continham de peso atômico, suas substâncias simples, excetuando o hidrogênio, apresentavam comportamento semelhante imperfeições, e por isso são a base da tabela periódica de oito em oito. Essa repetição de propriedades ficou moderna. conhecida como “lei das oitavas”. 5) Uma mudança básica da tabela original de Mendeleev 7) Todos os estudos foram apontando uma organização para a atual foi proposta pelos estudos do físico inglês relacionada às propriedades químicas das substâncias Henry Moseley, que identificou que a ordem dos e ao peso atômico dos elementos químicos, que foram elementos deveria ser pela massa atômica e não pelo número atômico. as bases para o estabelecimento da lei periódica de 211

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4. A tabela periódica é uma ferramenta imprescindível para o químico ou estudante de Química, pois ela agrupa uma quantidade enorme de informações úteis no estudo da Química, mas para isso é preciso saber usá-la. A respeito da organização dos elementos químicos na tabela periódica atual, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Na tabela periódica, os elementos estão organizados em ordem decrescente de número atômico. 2) Ela é organizada por colunas, denominadas períodos, e linhas horizontais, denominadas grupos.

1) Grupo 1 são os alcalinos terrosos, encontrados em cinzas formadas pela combustão de plantas, principalmente o sódio e o potássio. 2) Grupo 3 são os metais alcalinos terrosos, substâncias pouco solúveis em água sob altas temperaturas. 3) Grupo 16 são os halogênios cuja fonte são minérios de ferro. 4) Grupo 17 são os calcogênios, átomosformadores de sais. 5) Grupo 18 são os gases nobres, substâncias que normalmente não reagem com outras. 6. Tão antigas quanto os vidros, tem-se a juta, o algodão,

3) Os períodos aos conjuntos elementos, cujos átomoscorrespondem formam substâncias com de propriedades físicas e/ou químicas semelhantes. 4) Os períodos da tabela periódica, também chamados famílias, apresentam propriedades químicas e físicas que distinguem uns dos outros. 5) As substâncias simples dos elementos de alguns grupos são muito reativas; outras praticamente não reagem. Algumas são sólidas; outras, gasosas; duas são líquidas. 6) Atualmente, conforme determinação da organização de Química, que normatiza a linguagem química, Iupac, os grupos são identificados poralgarismos romanos seguidos das letras A (grupos 1, 2 e de 13 a 18) ou B (3 a 12). 7) O hidrogênio é um caso especial na classificação dos grupos: seus átomos e substâncias possuem algumas propriedades semelhantes às dos elementos do grupo

o couro e a madeira que foram as primeiras embalagens usadas pelos agricultores no transporte de suas mercadorias perecíveis. Mas foi com a Revolução industrial que as embalagens começaram a adquirir novas funções além do transporte, como a conservação e o marketing. A respeito da evolução das embalagens e seu papel, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Para transporte de produtos líquidos, durante muito tempo predominou o uso de garrafas de vidro, essas já utilizadas desde 1500 a.C. pelos babilônios. 2) Enlatados de estanho foram difundidos durante a Segunda Guerra Mundial, para conservar os alimentos dos soldados. Depois o seu uso foi largamente ampliado pela indústria alimentícia. 3) A embalagem que foi uma revolução na proteção dos

17 (halogênios) e configuração eletrônica semelhante à dos elementos do grupo 1, apesar de não ser um metal. Por esse motivo, embora seja colocado acima do grupo 1 em várias tabelas, não pertence a esse grupo. 8) Os elementos dos grupos 1 e 2 e os de 13 a 18 são chamados de transição, e seus dois primeiros elementos, exceto no caso do grupo 18, são denominados típicos. 9) Os elementos dos grupos de 3 a 12 são chamados representativos, pois as suas substâncias possuem propriedades entre os dois primeiros grupos dos elementos representativos e os grupos dos elementos representativos logo a seguir. 10) Os elementos das duasnhas li separadas da tabela periódica pertencem, respectivamente, ao sexto e ao sétimo períodos e são denominados lantanídios e actinídios (nomes dados pelo primeiro elemento de cada série: lantânio e actínio)

alimentos é a de que inicialmente usados filmes de película, celofane,empolímero derivado foram da celulose, o qual, depois, foi substituído por plásticos derivados do petróleo. 4) Uma embalagem que cumpre bem a função protetora foi a Longa Vida ou Tetra Brick, embalagem constituída por um pacote de camadas de diferentes materiais superpostos (camadas de plásticos, papel alumínio e papel-cartão). 5) Os enlatados de aço, revestido por estanho (folha de flandres), foram introduzidos no início do século XIX, como uma boa opção para conservar os alimentos. 6) O alumínio substituiu muit o bem os enlatados de aço porque possui maior resistência à corrosão, não é considerado tóxico e não tem o efeito de escurecimento da lata.

ou elementos de transição interna.

5. Podemos dizer que na tabela periódica os elementos também estão organizados conforme as famílias, grupos que apresentam características semelhantes. Por esse motivo, alguns recebem denominações como um sobrenome. A respeito da organização dos elementos químicos na tabela periódica atual, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados. 212

7. A embalagem não serviu apenas para estocar e conservar

os produtos, mas para apresentá-lo de forma atrativa. Os rótulos nessas embalagens foram também assumindo diversas funções: identificação do produto e registro de marcas. Uma marca comercial é um logotipo facilmente identificável pelo consumidor que a ela está associando uma imagem positiva, fazendo com que o seu produto seja aceito rapidamente para consumo.

A respeito da evolução do papel das embalagens e seu amplo uso na sociedade atual, julgue os itens marcando C para os corretos e E para os errados 1) Foi a embalagem de papel uma invenção dos chineses que além de cumprir a função protetora, também favoreceu a introdução do processo de rotulagem. 2) O rótulo veio cumprir a segunda função, a mais importante, introduzida pela Revolução I ndustrial: o marketing. 3) No novo processo evolutivo de comercialização era necessário identificar as mercadorias, e o papel das embalagens tomou outro rumo, serviu não apenas para

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produto, pois as marcas mais conceituadas já foram consagradas e testadas, e neste sentido geram melhor curso-benefício. 9. Em 1913 o físico britânico Henr y G. J. Moseley descobr iu a existência de uma relação entre a frequência dos raios X emitidos por diferentes metais e um número – que seria depois chamado número atômico. A partir dessa relação, ele concluiu que as propriedades químicas e físicas das substâncias simples dos elementos eram melhor representadas pelos números atômicos. Baseando-se nessa descoberta, foi possível reorganizar a tabela periódica, seguindo a ordem dos números

estocar e conservar os produtos, mas para apresentá-lo atômicos. A respeito das propriedades dos elementos químicos na de forma atrativa. tabela periódica, julgue os itens marcando C para os 4) Atualmente, osrótulos nas embalagens assumesomente corretos e E para os errados. a função de identificação do produto, porque as 1) As propriedades químicas estão relacionadas com a melhores marcas já estão consagradas e não precisam possibilidade de os átomos de um elemento interagirem mais de propaganda. com os de outros elementos, causando modificações em 8. Os rótulos devem fornecer as medidas corretas para o suas eletrosferas. seu uso, todavia há diversas informações importantes 2) É a configuração eletrônica que é responsável pela constantes neles, que devem ser observadas pelo repetição das propriedades dos átomos e das substâncias consumidor, como a data de validade, dentre outras. Essas dos elementos. informações ajudam o consumidor na decisão sobre o uso do produto, evitando compras enganosas, por mensagens 3) É no grupo da periódica em que se encontra o elemento dúbias utilizadas pela mídia, bem como orientam sobre químico corresponde ao número de níveis energéticos recomendações essenciais para o correto manuseio. que seus átomos possuem. A respeito da leitura dos rótulos nas embalagens e sua 4) Os átomos dos elementos do grupo 1 (metais alcalinos) função informativa, julgue os itens marcando C para os possuem um elétron no último nível energético; os corretos e E para os errados. do grupo 2 possuem doisoito elétrons; grupo 18, 1) Se o rótulo tem a função deinduzir atitudes consumistas, gases nobres, possuem (excetoosodohélio – He). visto sob o ponto de vista do marketing, ele, por Os átomos que apresentam esta regularidade são outro lado, passou a ter outra função, que por, até denominados elementos representat ivos. determinação legal, começou a informar o consumidor 5) Dentre as propriedades periódicas – propriedades dos sobre as propriedades e o uso do produto. átomos dos elementos que variam p eriodicamente 2) O uso dos produtos químicos domésticos não precisa ao longo da tabela – podemos citar, a reatividade de ser feito nas proporções adequadas, pois foram química, temperatura de fusão e ebulição, densidade, fabricados para o uso coletivo, nem sempre devemos eletronegati vidade e afinidade eletrônica. ler os rótulos para nos informar sobre as quantidades, 10. Além das propriedades químicas das substâncias, temos a não ser que a intenção de uso seja economizar. também propriedades dos átomos dos elementos que 3) Os principais pontos que merecem atenção na leitura variam periodicamente ao longo da tabela. Todas essas dos rótulos são: composição química, modo de usar, propriedades são denominadas propriedades periódicas. cuidados de conservação e precauções, termos Essas são tanto as propriedades macroscópi cas de suas científicos utilizados como propaganda e cores/imagem. substâncias como as propriedades microscópicas dos átomos. 4) A atenção na composição química, indicada nos rótulos dos produtos, implica na necessidade de buscar A respeito da variação do raio atômico na tabela periódica, julgue os itens marcando C para os corretos informações sobre a ação e o efeito dos principais componentes enumerados no produto. e E para os errados. 5) Antes de usar oproduto devemos dar atenção redobrada 1) Aumentando a carga do núcleo, maior será a força para se certificar sobre a clareza das informações de atração pelos elétrons. Os elétrons ficam, então, relativas ao modo de usar e cuidados de conservação e mais próximos do núcleo. Quanto maior a carga precauções, indicada nos rótulos. positiva existente no núcleo do átomo, maior será a atração exercida sobre os elétrons, tornando o 6) Nem sempre a análise dos termos científicos, das cores e imagens deve influenciar sua escolha por determinado raio atômico maior. 213

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2) Se um átomo perder elétrons formando um cátion, 13. teremos o mesmo núcleo atraindo um número menor de elétrons, aumentando a intensidade de atração e A F H fazendo com que os elétrons fiquem mais próximos do D B núcleo. O resultado é um maior raio iônico (raio de íons). G 3) Um átomo, ao receber um ou mais elétrons, formando E I um ânion, resultará em um raio menor (raio iônico) em C comparação ao do átomo neutro (raio atômico). 4) Cátions têm ar ios menores doque seus respectivos át omos. Observe o esquema ilustrativo da tabela periódica 5) Ânions têm raios maiores do que seus respectivos átomos. acima e, considerando os elementos químicos genéricos 11. Os átomos de uma substância podem ganhar ou perder dispostos, julgue os itens marcando C para os corretos e elétrons formando íons. O processo de retirada de elétrons E para os errados. de um átomo ocorre com variação de energia. Para se retirar 1) Os átomos que possuem maior eletronegatividade são um elétron do átomo, é necessário fornecer energia para aqueles que têm menor tendência a atrair os elétrons. Na que ele seja excitado e passe para níveis mais energéticos tabela periódica acima, o elemento mais eletronegativo até ser extraído. Essa energia fornecida é denominada é o representado pela letra E. energia de ionização ou potencial de ionização. 2) Um átomo com pequeno raio atômico atrai elétrons A respeito da variação do potencial de ionização na tabela com menor intensidade. O elemento de menor raio periódica, julgue os itens marcando C para os corretos e representado na tabela acima é o D. E para os errados. 3) A eletronegatividade varia ao longo da tabela periódica 1) Retirar elétrons de um átomo requer uma quantidade da mesma maneira que o raio atômico. de energia. Essa energia será menor quanto mais difícil 4) O hidrogênio (núcleo com só um próton) e os gases for retirar elétrons do átomo. nobres (átomos que já são muito estáveis) possuem o mesmo comportamento da variação de energia 2) Retirar um elétron de umátomo, que possui dois prótons eletronegatividade na tabela periódica, que os demais e dois elétrons, será muito mais fácil do que retirar um elementos. elétron de um átomo que possui dez prótons e dez elétrons. 5) O raio atômico aumenta, no mesmo período, no sentido contrário ao aumento do número atômico, sendo assim, 3) O aumento do potencial de ionização varia, na tabela entre os elementos F e H o de menor raio atômico, periódica, de cima para baixo nos grupos, pois, a representado nesta tabela é o H. ação de atração do núcleo positivo sobre os elétrons 6) O elemento de maior potencial de ionização no negativos será menor. segundo grupo é o representado pela letra D, pois o 4) Um átomo de maior número atômico será maior, aumento do potencial de ionização varia na tabela a carga nuclear também será maior e a força de periódica de baixo para cima, nos grupos onde a atração nuclear será menor. Consequentemente, os ação de atração do núcleo positivo sobre os elétrons elétrons são atraídos mais fracamente, exigindo menor negativos será menor. quantidade de energia para removê-los, ou seja, o 7) O elemento de maior raio atômico no segundo grupo é potencial de ionização será menor. o E, pois o raio atômico aumenta no grupo no sentido 12. Os átomos podem perder ou ganhar elétrons, formando contrário ao do número atômico. íons. Experimentos a respeito desse comportamento 14. Além das propriedades químicas das substâncias, temos favoreçam observar que os átomos dos elementos químicos também propriedades dos átomos dos elementos que apresentam diferentes intensidades de atração sobre os variam ao longo da tabela. Essas são tanto as propriedades elétrons. macroscópicas de suas substâncias, como as propriedades microscópicas dos átomos. Essa diferença de intensidade, responsável por diversas propriedades químicas e físicas das substâncias, foi Todas essas propriedades são denominadas: denominada: a) Eletrostáticas a) Ativação iônica. b) Aperiódicas. b) Energia de ionização. c) Periódicas. c) Potencial de ionização. d) Atômicas. d) Eletronegatividade. 214

Ligações químicas

k c to sr tte u h S / s n o it c u d ro P a d y S

6 O L U T Í P A C

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A QUÍMICA DAS ESTRUTURAS: RESISTÊNCIA AOS DESASTRES

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LIGAÇÃO IÔNICA LIGAÇÃO COVALENTE CONSTITUINTES MOLECULARES E AMOLECULARES POLARIDADE DAS MOLÉCULAS LIGAÇÃO METÁLICA

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O químico identifica propriedades das substâncias e a elas propõem modelos que representam as estruturas de seus constituintes. (Neste caso a estrutura representada é apenas ilustrativa).

s a ic m í u q s e o ç a g i L 6 O L U ÍT P A C

1 A química das estruturas:

Resistência aos desastres s n e g a m I r a sl u P / n a r h g e R to s e rn E

s n e g a m I r a sl u P l/ e ff u e t n a

M n o V s n a H

A

s edificações modernas são fruto de pesquisas que investiram no estudo das propriedades dos materiais, que determinam a sua resistência e durabilidade. Graças a essas estruturas, conseguimos transportar alimentos, matérias-primas para as indústrias, bens manufaturados etc. Também é graças a ela que as grandes metrópoles conseguem abrigar milhões de pessoas em elevados prédios, seja em escritórios ou em residências. Todo esse estudo depende da compreensão das forças de atração entre os átomos. Tudo isso tem provocado um bem-estar para a sociedade moderna. Todavia, as ligações químicas possuem limites e podem se romper em diferentes situações, como nos casos ilustrados abaixo.

Graças às fortes ligações entre os átomos, grandes estruturas suportam o peso de toneladas de materiais que se apoiam sobre elas. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

PARE E PENSE

O que faz com que um cabo de aço não se rompa facilmente? k c o t rs te tu h S / p to o h p 4 k in h t

k c o t rs te tu h S / p to o h p 4 k in th

Um terremoto destruiu casas e prédios em Katmandu, Nepal, sofreu com a destruição Durbar Square, Nepal,abril 2015. de construções históricasem 2015. s s e r p a lh o F r/ io n Ju s e p o L r y c a o M

k c o t rs

e tt u h S / o w d A

Um terremoto destruiu casas e prédios em Estrutura de aço que rompeu durante a construção Durbar Square, Nepal,abril 2015. do novo estádio do Corinthians,São em Paulo, em 20 13. s n e

s n e

g a m I r a ls u P i/ tt e n o im S io ic r u a M

g a m I r a ls u /P tti e n o m i S io ic r u a M

O interior de uma escola pública, arrasada Um forte terremoto atingiu Christchurch, segunda pela lama, em Paracatu de Baixo, distrito de maior cidade da Nova Zelândia, em 2011, causando Mariana, MG. a destruição de igrejas, moradias muitos e prédios. 216

Novas pesquisas têm contribuído para evitar acidentes como os ilustrados nas figuras anteriores. Dessa forma, diversas estruturas têm resistido às condições mais adversas, como as ilustradas nas fotos a seguir. k c to sr te t u h /S E O P m a ir fr A

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s e g a Im tty e /G n u X g n a h Z y b y h p ra g o t o h P

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3

Edifícios na cidade de Tóquio, Japão, provam que grandes estruturas resistem a terremotos e furacões.

Os estudos atuais tanto podem produzir novos materiais que aumentem a sua resistência, como podem indicar os que não resistirão aos esforços de eventos naturais como o terremoto. No Brasil, 30 mil pessoas morrem por ano em decorrência de acidentes naturais. Com tecnologias que tanto preveem muitas das ocorrências naturais, como previnem com edificações mais resistentes, seria possível reduzir drasticamente esse número de óbitos. Sem dúvida, na união entre átomos encontraremos a resposta para essas inquietações. Além dos desastres naturais, existem muitos acidentes provocados por uso indevido de materiais, em desacordo com a capacidade de sua resistência, e que oferecem riscos pelas suas propriedades de inflamabilidade. O estudo que faremos neste capítulo ajudará você a compreender a necessidade de buscar formas mais seguras de se prevenir de possíveis acidentes.

Atitude Sustentável Como se proteger de desastres naturais e acidentes Certifique-se que sua residência não se encontra em área de risco pela defesa civil, por conta de possíveis deslizamentos. Não atravesse de carro áreas que estejam alagadas. Verifique se a casa de show que você está frequentando possui licença atualizada pelo corpo de bombeiros. Sempre verifique os locais de acesso às saídas de emergência e os locais dos extintores de incêndio. Use obrigatoriamente bóias salva-vidas, quando estiver em qualquer embarcação. Não faça qualquer edificação ou reforma sem projeto de cálculo estrutural desenvolvido por engenheiro. Certifique-se que o telhado de sua casa está protegido de ventanias. Em caso de tempestades com raios, procure se abrigar em edifícios grandes, que, em geral, são aterrados com encanamento, instalações elétricas, dando preferência às edificações que possuam para-raio. Uma opção em caso de chuvas com raio é ficar dentro de um carro com as portas e janelas fechadas, com o rádio desligado e sem tocar em superfície metálica. Se o raio atingir o carro, a carcaça de metal vai conduzir a eletricidade ao redor do corpo e não através de seu corpo. Em chuvas com raio, evite pequenas estruturas, como banheiros públicos independentes, coberturas abertas, como ponto de ônibus e árvores.de Essas estruturas atraem Use sempre equipamentos segurança, como cintoosderaios. segurança; capacete ao dirigir bicicleta ou motocicleta; luvas ao manusear materiais quentes ou cortantes, como materiais de obra de alvenaria; e óculos de proteção em serviços de pintura, poda de jardim, solda etc. Sempre obedeça aos limites da capacidade de peso de embarcações, elevadores, pontes de pedestres, carga de automóveis conforme a via que trafegue etc. Siga as instruções de segurança da defesa civil e de todo equipamento e material que for usar. Verifique se as mangueiras de gás de seu botijão de gás do fogão estão no prazo de validade.

217

4

5

6

7

s a ic m í u q s e o ç a g i L 6 O L U ÍT P A C

Participação Cidadã 1. Pesquise sobre as causas do incêndio da boate Kiss em Santa Maria-RS e levante quem foram os responsáveis pelo

acidente. 2. Pesquise sobre acidentes ocorridos em seu município envolvendo estrutura de materiais e discuta o que pode ser feito

para evitar um novo acidente. 3. Quais os riscos de sua região ter algum desastre natural e o que pode ser feito para diminuir os riscos desses acidentes? 4. Verifique se no prédio que você reside e no prédio de sua escola estão sendo adotadas normas de segurança contra

incêndio.

2 Ligação iônica k c to sr te t u h S / n it a m

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Uma das características de substâncias iônicas ,como o sal de cozinha, é formar cristais.

PARE E PENSE

Como os átomos se unem para formar as diferentes substâncias? Lembrando, que os átomos possuem eletrosfera e núcleo, que região do átomo deve ser responsável pela união entre eles?

D

iversos modelos têm sido desenvolvidos para esclarecer como os átomos se unem para formar milhares de substâncias, como os 4 000 mil minerais conhecidos que estão presentes no solo. A compreensão desses modelos é fundamental para que possamos entender como os constituintes das substâncias interagem e, assim, prever o comportamento químico de substâncias e materiais. Esse estudo iniciaremos neste capítulo, continuando no próximo, quando iremos avançar o estudo das propriedades das substâncias.

Por que os átomos se combinam? Uma das primeiras tentativas de explicar como os átomos se unem para formar as substâncias foi apresentada por Torbern Olof Bergman [1735-1784], cientista suíço, e Marcelin Berthellot [1827-1907], químico francês. Eles relacionaram a tendência de os átomos se ligarem com as forças gravitacionais, ou seja, com a atração provocada pelas massas dos átomos. Por essa lógica, os átomos maiores exerceriam maior atração do que os menores, efetuando ligações mais estáveis. No entanto, não é isso o que acontece na prática. É o que se pode constatar comparando-se, por exemplo, dois tipos de óxidos (substâncias formadas pela ligação com átomos de oxigênio): o óxido de hidrogênio, substância que costumamos chamar água (H2O), e o óxido de mercúrio (HgO). A massa dos átomos de mercúrio é aproximadamente 200 vezes maior que a dos átomos de hidrogênio. Mas é ligando-se ao hidrogênio que os átomos de oxigênio formam uma substância mais estável. Diversos outros modelos sedesenvolveram. Alguns foram rapidamente abandonados. Outros, apesar deimperfeitos, ainda hoje são úteis para explicar alguns processos químicos básicos. Neste capítulo, vamos estudar um modelo que explica dois tipos básicos de ligações químicas: a iônica e a covalente. Para entender o modelo das ligações iônicas e covalentes, vamos, primeiro, conhecer uma propriedade básica dos átomos. Acompanhe a experiência a seguir. 218

1

Atividade Experimental A água sempre conduz eletricidade?

2

Ao consertar um chuveiro elétrico, o eletricista corre risco de levar choque. Mas será que a água sempre conduz eletricidade? A água utilizada em casa é um material que possui uma diversidade de substâncias dissolvidas. Será que o tipo de material que está dissolvido na água afeta sua condutividade? O presente experimento, o qual deverá ser realizado pelo professor, tem como objetivo analisar a condutividade elétrica de diferentes materiais em diversas condições.

3

Materiais

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

4

aparato para testar a condutividade elétrica (veja o esquema abaixo) béqueres de 100 mL (ou copos de vidro) espátulas (ou colheres) 50 mL de água destilada (pode ser encontrada em postos de combustíveis) cloreto de sódio (NaCl – sal de cozinha) sacarose (C12H22O11 – açúcar cristal) hidróxido de sódio (NaOH) álcool de uso doméstico (CH3CH2OH) removedor de esmalte solução de bateria (solução aquosa de ácido sulfúrico – H 2SO4) enxofre (sólido) parafina (sólida) chapa metálica pequena de cobre chapa metálica pequena de zinco

5

6

7

Procedimento 1. O professor montará o aparato para testar a condutividade dos materiais. Observe o que acontecerá quando ele ligar

o dispositivo à fonte de eletricidade.

2. Monte, em seu caderno, um quadro com três colunas com os seguintes títulos: Materiais; O material conduz eletricida-

de? e O material dissolvido em água conduz eletricidade? 3. O professor colocará água destilada até ²/ ³ do volume de um béquer e mergulhará os eletrodos, deixando-os afastados

cerca de 5 cm um do outro. Após o teste, desligará o dispositivo.

4. Anote, no quadro de seu caderno, na linha referente à água destilada, se a lâmpada acendeu ou não, indicando a con-

dução de corrente elétrica. 5. O professor colocará, com a espátula, uma porção do segundo material do quadro (cloreto de sódio) em um

béquer seco. Em seguida, vai encostar, aos extremos opostos dessa porção de material, uma ponta de cada eletrodo, sem deixar que uma toque a outra (veja ilustração ao lado). Anote, no quadro, na coluna correspondente, se houve ou não condução de eletricidade. Solução aquosa de cloreto de sódio Lâmpada 6. Em seguida, o professor adicionará água a esse béque r, tentando dissolver o de 6 V material, caso seja possível, e, logo após, testará a condutividade da solução obtida. Ao final, ele desligará o dispositivo e lavará os eletrodos. Anote, no quadro de seu caderno, na coluna correspondente, se houve ou não condução de eletricidade.

7. Repita a quinta e a sexta etapas dos procedimentos com os demais mate-

riais. Não é necessário acrescentar água à parafina (não se misturam), nem à solução de bateria (já contém água).

Destino dos resíduos 1. O hidróxido de sódio (NaO H) deve ser utilizado para neutralizar a solução de bateria (solução aquosa de ácido

sulfúrico – H2SO4), para depois ser descartado na pia com água corrente. 219

ij u Y J.

s a ic m í u q s e o ç a g i L 6 O L U ÍT P A C

2. As soluções preparadas com solvente de removedor de esmalte e a com álcool, em pequenas quantidades e misturadas à água, podem ser drenadas pela pia com um volume de água de lavagem dez vezes superior. 3. O enxofre, a parafina e as chapas de cobre e zinco devem ser guardados para as próximas práticas.

Análise de dados 1. Classifique os materiais nos seguintes grupos:

a) Materiais que não conduzem eletricidade no estado sólido; b) Materiais não solúveis em água; c) Materiais solúveis em água que não conduzem eletricidade quando dissolvidos; d) Materiais solúveis em água que conduzem eletricidade quando dissolvidos. 2. Tente explicar o que é necessário para a lâmpada acender. 3. Sabendo que a matéria é constituída por espécies químicas as quais podem ser neutras ou ter cargas elétricas, identifique quais materiais são constituídos por espécies neutras. 4. Que diferença deve existir entre os constituintes de materiais condutores de eletricidade e os não condutores? Que partículas dos átomos poderiam favorecer a condutividade elétrica dos materiais?

O movimento ordenado de elétrons, que se deslocam por um fio, é denominado corrente elétrica . Esse movimento faz funcionar vários equipamentos e provoca, em certos materiais, aquecimento ou emissão de luz. No experimento, constatamos que alguns materiais têm a propriedade de conduzir corrente elétrica e outros não. A água contém diversas substâncias dissolvidas, que a tornam condutora de eletricidade. Analisando os resultados, podemos classificar os materiais investigados, de acordo com suas propriedades, em três grupos: Grupo X: materiais sólidos que não conduzem eletricidade, mas o fazem quando dissolvidos em água. Grupo Y: materiais que não conduzem eletricidade nem quando dissolvidos em água. Grupo Z: materiais sólidos que conduzem eletricidade. Vejamos, como podemos explicar essas propriedades por um novo modelo. Comecemos pelo modelo da ligação iônica. Os materiais do grupo X são denominados eletrólitos. Eletrólitos são substâncias que, quando dissolvidas em água, tornam a solução condutora de eletricidade.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

is rb o C / n o ti c e ll o C h c ts u e -D n to l u H

Com seus estudos sobre eletrólitos, Svante August Arrhenius contribuiu para a compreensão das estruturas químicas.

Íons e a condução de eletricidade Verifique novamente a lista dos materiais dogrupo X, aqueles sólidos que só conduzem eletricidade quando dissolvidos em água. Como explicar esse comportamento? Quem deu uma contribuição fundamental para responder a essa intrigante questão foi o físico e químico inglês Michael Faraday [1791-1867] que, em 1830, previu a existência de íons. No entanto, foi Svante Arrhenius [1859-1927] quem eletricamente estudou, em seu trabalho de doutorado, aAugust migração de espécies carregadas e soluções submetidas à corrente elétrica. Por esse trabalho, foi agraciado com o Prêmio Nobel de Química em 1903. Os estudos de Arrhenius demonstraram que a condução de eletricidade em soluções contendo substâncias do grupo X, se deve ao fato da presença de íons. Agora, antes de estudarmos um modelo que explica o que são íons e como eles se formam, pare, pense e responda as questões da atividade a seguir, para só depois prosseguir sua leitura. 220

1

Construção do Conhecimento 1. Como as substâncias do grupo X podem ser neutras, sendo formadas por íons? 2. Qual dos dois esquemas ao lado (em duas dimensões) representa melhor a organização dos íons de uma substância iônica no estado sólido? Procure justificar a sua resposta. 3. Em que estado de agregação as partículas se movimentam com mais facilidade: sólido, líquido ou gasoso?

ij u Y .J

Qual está certa? 1

2

2 3

QCI2_I077

4

Imagine como íons das substâncias iônicas se dispõem no agregação. estado sólido e no líquido e faça um desenho, demonstrando a 4. disposição dos os íons positivos e negativos em cada estado de

Hoje, sabemos que os íons são átomos ou grupos de átomos que ganharam ou perderam elétrons, ficando eletricamente carregados, e que se unindo formam substâncias iônicas, como as do grupo X . Mas, apesar de serem formadas por íons, elas são eletricamente neutras. Não se apresse. A resposta é menos complicada do que parece. Existem dois tipos de íon: Todas as substâncias iônicas são formadas porcátions e ânions. E o total de cargas positivas (cátions) é igual ao de negativas (ânions). Logo, as substâncias são eletricamente neutras.

5

6

7

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Cátions são íons carregados positivamente.

Ânions são íons carregados negativamente.

Entretanto, existe ainda uma questão a esclarecer: por que as substâncias iônicas não conduzem eletricidade no estado sólido, mas o fazem quando dissolvidas em água? As forças eletrostáticas (de atração e repulsão) existentes nas substâncias iônicas fazem com que os íons sejam arranjados de forma organizada: ao redor dos cátions estão ânions e ao redor dos ânions estão cátions. Essa organização é denominada rede cristalina ou retículo cristalino. Trata-se de uma organização em que os átomos ficam fixos em pontos determinados espacialmente, com pouquíssima mobilidade, limitada aos movimentos vibratórios. O formato do retículo cristalino depende do tamanho dos íons e de sua carga, conforme veremos adiante. Para que ocorra condução de eletricidade, é necessário que haja movimento de elétrons. Quando uma substância iônica é adicionada à água, os íons são envolvidos pelas moléculas de água, em um processo denominado solvatação , que diminui a atração entre as cargas. Assim, cátions e ânions separam-se uns dos outros, podendo movimentarse livremente na solução iônica formada. É o movimento dos íons que permite a condução de corrente elétrica na dissociação iônica . A condução solução. No processo de solvatação ocorre uma separação dos íons, ou seja, há uma de eletricidade pode ocorrer também na fusão das substâncias iônicas. No estado líquido, os íons movimentam-se livremente, conduzindo corrente elétrica. A sequência de figuras a seguir ilustra como se dá esse processo. ji u Y .J : s e õ ç a rt s u lI

1

2

3

Algumas pessoas acham que o Se colocarmos alguns cristais de sal grosso em um copo com sal está desaparecendo. Sabemos água, vamos observar que esses que os cristais não desaparecem, pois a água ficarásalgada e o sal vão desaparecer lentamente. poderá ser recuperado ao evaporar o líquido.

Se pudéssemos olhar o que acontece microscopicamente , veríamos que os íons dos cristais (verde: Cl– ; azul: Na+; e vermelho e branco: H2O) são retirados pelas moléculas de água que os envolve.

221

4

A presença dosíons solvatados pode ser identificada pelas mudanças de propriedades do líquido, agora salgado e condutor de eletricidade. (Observe que a orientação das moléculas de água é diferente ao redor de cada tipo de íon.)

s a ic m í u q s e o ç a g i L

Já, diferentemente, das soluções aquosas e dos líquidos, nos sólidos iônicos os cátions estão fortemente atraídos pelos ânions e não possuem mobilidade. Por isso, os sólidos iônicos não conduzem eletricidade.

Formação de íons

6 O L U ÍT P A C

Como se formam os íons? Existem diversos modelos para explicar a formação dessas espécies. Usando, mais uma vez, o cloreto de sódio como parâmetro, vamos estudar um dos modelos mais simples. Lembre-se, primeiro, de que as substâncias, com exceção dos gases nobres, não são formadas por átomos isolados, mas, sim, por conjuntos de átomos ligados entre si. Quando dois átomos se aproximam, ocorrem processos de atração e de repulsão. Como vimos no capítulo anterior, a atração de átomos por elétrons pode ser medida pela eletronegatividade ou afinidade eletrônica. Essas propriedades são úteis para explicar o nosso modelo. Vejamos! 1. Atração entre as cargas positivas de um átomo e as cargas negativas de outro

2. Repulsão entre as cargas iguais dos dois átomos

ji u Y J.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ij u Y J.

As forças de atração e repulsão eletrostáticas dependem do tamanho e das cargas dos átomos. O resultado do somatório dessas forças produz diferentes efeitos. Em alguns casos, predominam forças de repulsão e os átomos tendem a se afastar. Em outros, prevalecem forças de atração e os átomos tendem a formar ligações químicas. De acordo com o modelo atômico de Rutherford-Bohr, os elétrons dos átomos ocupam diferentes níveis energéticos. Veja na figura a seguir como é a distribuição de elétrons nos átomos do cloro e do sódio. ij u Y J.

Sódio

Cátion Sódio

Cloro

Na+

Átomos neutros de sódio e cloro se aproximam e o cloro tende a atrair o elétron da última camada eletrônica do sódio com grande intensidade.

ji u Y J.

Cloreto

Cl–

O elétron da última c amada eletrônica do sódio é transferido para o átomo de cloro, formando-se íons Na+ e Cl–, os quais vão se atrair fortemente.

A explicação dada pelo nosso modelo é de que, com a aproximação dos átomos, o elétron do último nível do sódio é atraído mais fortemente núcleo do átomo de cloro, que tem de atrair elétrons (eletronegatividade), do que por seu pelo próprio núcleo. Como consequência, esse maior elétrontendência é transferido do átomo de sódio para o de cloro. Nesse processo, o átomo de sódio fica com um elétron a menos e o átomo de cloro fica com um elétron a mais – estão, portanto, formados os íons. Ou seja, a explicação para a formação de íons é dada, por esse modelo, pela diferença de eletronegatividade. Com a formação dos íons, passa a existir atração eletrostática entre essas espécies químicas: íons positivos (cátions) atraem íons negativos (ânions). Essa interação entre cátions e ânions é denominada ligação iônica. Contudo, as forças de atração e repulsão das partículas atômicas não explicam todos os tipos de ligação química. Existem outros modelos de explicação, como o que você verá a seguir. 222

Regra do octeto

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1

A busca da estabilidade é constante. No universo físico, ela é alcançada pelo equilíbrio de forças, na busca de um estado de menor energia. Nos estudos das combinações de átomos de diferentes elementos químic os para formação de substâncias, vários cientistas observaram a importância do número oito. Por exemplo, Alexander Newlands havia proposto, para a organização dos elementos químicos, a “Lei dasOitavas”; Mendeleev tinha proposto que nenhum elemento deveria apresentar valência (conceito que estudaremos em breve) superior a oito; e Thomson havia afirmado que a estabilidade característica dos átomos de gases nobres seria consequência de suas camadas mais externas terem oito elétrons. Em 1916, o químico alemão Walther Kossel[1888-1956], estudando substâncias iônicas, e o químico estadunidense Gilbert Newton Lewis [18751946], estudando substâncias moleculares, propuseram que as combinações químicas eram resultado da estabilidade da união de átomos com oito elétrons em suas últimas camadas eletrônicas. Para Kossel, essa estabilidade era obtida por meio da doação de elétrons, srcinando as ligações iônicas. Para Lewis, o Gilbert Newton Lewis: [1875-1946], compartilhamento de elétrons é o que possibilitava a formação das ligações covalentes, conceito que tinha sido introduzido pelo químico estadunidense químico estadunidense, foi considerado por muitos o grande responsável pelo avanço Irving Langmuir [1881-1957] para designar o compartilhamento de elétrons, da Química nos Estados Unidos, em uma conforme veremos mais adiante. época em que a Europa ainda dominava o A partir desses estudos, formulou-se a base para a teoria eletrônica das campo das Ciências. ligações, segundo a qual os átomos dos elementos químicos estabelecem ligações químicas para adquirir configurações eletrônicas semelhantes às dos átomos dos gases nobres mais próximos a eles, na tabela periódica, e que são encontrados na Natureza isolados, sem se combinar com outros átomos. Isso significa, segundo esse modelo, que os átomos, ao estabelecerem ligações químicas, ficam com oito elétrons na última camada eletrônica, como acontece com os gases nobres, com exceção do hélio. Irving Langmuir denominou esse princípio de regra do octeto. Esse modelo não explicou eletrônicas o motivo daquando estabilidade átomos, mas identificou umadepois regularidade, na época, nas configurações fazemdos ligações químicas. No entanto, daquela observada época, os químicos identificaram muitas substâncias, cujos átomos não tinham a configuração dos gases nobres, por exemplo, a 2+ maioria dos íons dos metais de transição, como Fe , Fe3+ e Cu2+. Portanto, constatou-se que a regularidade observada anteriormente não era uma regra geral. Isso ficou mais evidente quando, em 1962, acidentalmente, o químico inglês Neil Bartlett [1932-2008] sintetizou, em laboratório, o que parecia impossível: uma substância formada pela ligação de átomos de gases nobres hexafluorplatinato de xenônio (XePtF6). Essa descoberta abriu novas possibilidades de pesquisas e tornou-se mais uma evidência de que os modelos empregados pelas Ciências têm limitações. Novos dados de investigações mostram a necessidade de alteração ou substituição dos modelos tradicionais. Entretanto, a regra do octeto, mesmo com restrições, continua sendo utilizada como base para explicar a fórmula e a estrutura de muitas substâncias, como as estudadas no Ensino Médio.

A regra do octeto e a tabela periódica Na hora de estudar as ligações químicas entre átomos de diferentes elementos, a tabela periódica é uma ferramenta imprescindível. É nela que PARE E PENSE encontramos informações sobre as características e as propriedades dos Você acha que seria possível a átomos dos diferentes elementos químicos. formação de uma substância iônica Primeiro, vamos destacar algumas informações sobre os grupos dos entre dois metais? Por quê? elementos representativos, que são úteis para oestudo das ligações químicas. Os átomos de elementos representativos do mesmo grupo possuem a mesma quantidade de elétrons no último nível energético e, por isso, formam o mesmo tipo de ligação. Átomos de elementos dos grupos 1 e 2, classificados como metais, tendem a perder elétrons, formando cátions. Já os dosgrupos 15, 16 e 17, classificados como não metais, tendem a ganhar elétrons, formando âni ons. 223

n io t a d n u o F e g tia r e H l a c i m e h C

2

3

4

5

6

7

s a ic m í u q s e o ç a g i L

A tabela abaixo apresenta a carga geralmente assumida pelos átomos dos elementos representativos. CARGAS COMUMENTE ASSUMIDAS POR ÁTOMOS DOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS

6 O L U ÍT P A C

1 1+

Grupo Carga

2 2+

13 3+

14 4+

15 3–

16 2–

17 1–

Como os metais tendem a formar cátions e os não metais tendem a formar ânions, as combinações entre átomos de metais e átomos de não metais produzem, em geral, substâncias iônicas. Observe, no entanto, que esse não é um princípio aplicável aos átomos de todos os elementos químicos.

Representação de Lewis do NaCl

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Representação de Lewis do CaF 2

Representação de Lewis do K2O

Representação de Lewis do Al 2O3

ij u Y J.

ij u Y .J

ij u Y J.

ji u Y .J

Represen dasbastante substâncias Existe uma tação forma gráfica simples paraiônicas representar as substâncias iônicas. É o modelo proposto por Lewis, que indica o número de elétrons da camada de valência dos átomos constituintes. Chamamos camada de valência o último nível energético do átomo. O conceito de valência foi proposto pelo químico inglês Edward Frankland [1825-1899]. No início, tal conceitoestava relacionado diretamenteà capacidade de ligação entre os átomos. Posteriormente, com melhor compreensão da estrutura atômica, descobriu-se que a capacidade de ligação dos átomos está relacionada diretamente ao número de elétrons presentes em seus níveis mais externos e que vão participar das ligações químicas. Assim, podemos definir valência como o número de elétrons que os átomos de um elemento químico possuem no nível eletrônico mais externo, também denominado camada de valência. Veja, abaixo, como fica a representação de Lewis para o cloreto de sódio. Os elétrons são idênticos; independentemente de seus átomos de srcem, pode-se uma única representação para todos eles. Mas, por motivos didáticos,usar costuma-se representar os elétrons com sinais ou cores diferentes para que se visualize, mais facilmente, o número de elétrons de valência que cada átomo tinha antes da formação do íon. A representação de Lewis éútil na visualização da formação de substâncias iônicas com mais de um cátion ou mais de um ânion. Veja a formação do fluoreto de cálcio (CaF2) ao lado. Na representação de Lewis podemos visualizar a formação de uma substância iônica, envolvendo mais de um cátion. Veja, agora, a representação de Lewis para o óxido de alumínio (Al2O3). De modo geral, os químicos representam as substâncias iônicas utilizando simplesmente a fórmula mínima, que indica a proporção dos constituintes das substâncias e não suas quantidades. Recordando, no caso do cloreto de sódi o (NaCl), temos um cátion sódio para cada ânion cloro, ou seja, a proporção é de um para um. No caso do fluoreto de cálcio (CaF2), a proporção é de 1 cátion para 2 ânions. definir a fórmula mínimaneutras, de uma substância iônica,de devemos quePara as substâncias são sempre ou seja, o total cargas considerar positivas será sempre igual ao de negativas. Assim, para que a substância iônica denominada sulfeto de lítio seja neutra, serão necessários dois cátions lítio (Li+) para cada ânion enxofre (S2–). A fórmula mínima, então, será Li2S. Note que a fórmula das substâncias iônicas é, por convenção, representada pelo símbolo do cátion seguido do símbolo do ânion, com a indicação do índice ao lado e um pouco abaixo do símbolo de cada elemento. 224

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Um método prático para determinar a fórmula mínima, considerando que o total de cargas positivas é igual ao de negativas, é usar como índice da quantidade de cátions o total de cargas do ânion ecomo índice da quantidade de ânions o total de cargas do cátion. O esquema ao lado mostra como isso pode ser feito. Nele, a letra C representa um cátion, a letra A representa um ânion, x é o índice do ânion e y é o índice do cátion. Observe que, ao fazer esse procedimento, automaticamente, o total de cargas positivas (número de cátionsy multiplicado pelo módulo de sua carga x) será igual ao total de cargas negativas (número de ânions x multiplicado pelo módulo de sua carga y). Como essa é uma representação mínima, sempre que possível os índices 2+ deverão ser simplificados. Assim, no caso do sulfeto de cálcio (íons Ca e S2–), por exemplo, obtemos a fórmula Ca2S2. Simplificando os índices, obtemos a fórmula CaS. Existem substâncias iônicas quesão formadas por grupamentos iônicos, ou seja, íons constituídos por mais de um átomo. Como exemplo, temos o cátion amônio (NH4+) e o ânion sulfato (SO42–). Na próxima seção, você vai ver comoeles são formados. Também nesses casos, a fórmula é representada considerando a carga do ânion e a do cátion. Para evitar confusão entre os índices do ânion e de sua proporção nas substâncias, colocamos o grupamento iônico entre parênteses. Por exemplo, a fórmula da substância sulfato de alumínio, resultado da ligação entre o ânion sulfato (SO42–) e o cátion alumínio (Al3+), é Al2(SO4)3, indicando que para cada três ânions são necessários dois cátions.

Exercícios

1

PARE E PENSE

Qual seria a fórmula do sulfeto do lítio (íons Li+ e S2–)?

Cx+ + Ay– = CyAx

y·x=x·y

7

que, mesmo assim, ela continua sendo utilizada.

8. Por que os elementos dos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17

seu professor, explique por que o cloreto de sódio em solução 9. conduz corrente elétrica e quando sólido, não. 3. O teste de condutibilidade indica se há a presença de íons. Imagine que se realize esse teste em duas soluções com excesso de cloreto de sódio depositado no fundo do recipiente, ambas à mesma temperatura, mas contendo quantidades diferentes de resíduos. Será que essas soluções apresentarão igual ou diferente condutibilidade elétrica? Justifique. 4. O hidróxido de sódio fundido conduz eletricidade. Como

tendem a obedecer à regra do octeto? (Fuvest-SP) No circuito elétrico abaixo, dois eletrodos, E 1 e E2, conectados a uma lâmpada podem ser mergulhados em diferentes soluções. Supondo que a distância entre os eletrodos e a porção mergulhada seja sempre a mesma, julgue os itens em C para os certos e E para os errados, a respeito do experimento realizado no laboratório:

Lâmpada 110 V

você explica essa propriedade se ele não está dissolvido na água?

5. Por que as substâncias formadas por íons positivos e

a d n o

negativos apresentam comportamento neutro, como é o caso do cloreto de sódio?

6. Sabendo-se que a água do mar é fonte rica em sais, explique o que acontece com os íons de um sistema formado por água do mar, à medida que ela vai evaporando até secar.

225

E1

5

6

1. Na natureza, são conhecidos pouco mais de 90 elementos 7. Explique quais são as limitações da regra do octeto e por 2. Com base no experimento de condutividade realizado pelo

3

4

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

químicos. Como você explica a grande quantidade de substâncias existentes?

2

E2

H e g r o J

1) Toda substância iônica contém pelo menos um tipo de cátion e um de ânion. A fórmula de uma substância iônica expressa a razão mínima entre os íons que a constituem.

s a ic m í u Q s e o ç a ig L 6 O L U T Í P A C

2) Uma das características das substâncias iônicas é serem solúveis em água. Porém, nem todas as soluções iônicas conduzem corrente elétrica. 3) Numa ligação iônica ocorre transferência de íons, permitindo a formação de uma substância denominada iônica. As substâncias iônicas são boas condutoras de eletricidade quando estão no estado sólido, devido à formação do retículo cristalino. 4) O cloreto de sódio é um sólido iônico. Um cristal visível dessa substância é um agregado de milhões desses íons arranjados desordenadamente na proporção de 1:1. 5) O açúcar, o removedor de esm alte, o enxofre e a parafina são exemplos de substâncias moleculares unidas por ligação covalente. São substâncias neutras, não conduzem corrente elétrica em solução aquosa. 10. A tabela abaixo mostra alguns elementos e suas cargas mais comumente assumidas.

ELEMENTO CARGA COMUM D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Na Mg

Al

P

O

1+ 2+ 3+

3-

2- 1-

das substâncias com base nas seguintes espécies químicas: a) NH+4 e NO–2. c) Ca2+ e PO3– . e) K+ e Fe(CN)4– . 4 6 + e NO–. b) Al3+ e SO2– . d) Na 4 3 15. (PUC-MG) Analise as seguintes afirmações: I – Os cátions dos metais alcalinos, alcalinoterrosos e alumínio têm oito elétrons na última (mais externa) camada eletrônica. II – Os cátions de metais alcalinos, alcalinoterrosos e alumínio têm configuração eletrônica estável. III – Na formação da ligação iônica, quando um átomo recebe elétron(s), transforma-se num ânion com configuração eletrônica semelhante à de um gás n obre. IV – Na formação da ligação iônica, quando um átomo de metal cede elétron(s), transforma-se num cátion com configuração eletrônica semelhante à de um gás nobre. São afirmativas corretas: a) I, II e III. c) II, III e IV. b) I e III apenas. d) II e III apenas.

Cl

16. Uma substância com fórmula A 2B3 apresenta, em seus

Foram formadas as seguintes combinações: I – NaCl, Na2O. III – MgO, Al2O3. II – AlO, MgCl2. IV – MgCl2, AlCl2. As alternativas que apresentam apenas fórmulas mínimas, escritas de forma correta, são: a) I e II. b) I e III. c) II e III.

14. Conforme o que foi estudado, escreva a fórmula mínima

átomos no estado normal, número de elétrons na última camada, respectivamente, de: a) 2 e 3. c) 3 e 2. e) 3 e 3. b) 3 e 6. d) 6 e 2.

17. (UFJF-MG) Numa substância iônica XY3, sendo X o cátion

e Y o ânion, no estado normal, os átomos X e Y devem

d) II e IV. e) III e IV.

possuir, na 3última camada: a) 3 e 6respectivamente, elétrons. d) e 7 elétrons. b) 5 e 7 elétrons. e) 1 e 3 elétrons. c) 2 e 5 elétrons.

11. Represente a estrutura de Lewis para os átomos dos seguintes elementos hipotéticos, conforme o seu grupo na tabela periódica: átomo A – grupo 1; átomo B – grupo 2; átomo C – grupo 13; átomo D – grupo 14; átomo E – grupo 15; átomo F – grupo 16 e átomo F – grupo 17. 12. A partir da tabela periódica e das estruturas de Lewis previstas para cada grupo de elemento representativo, apresente a estrutura de Lewis para os íons abaixo. a) 19K+. c) 14Si4+. e) 9F–. b) 12Mg2+. d) 16S2–. 13. As substâncias iônicas são formadas pela interação entre cátions e ânions. Conforme o quea foi estudado, façadosa representação de Lewis e escreva fórmula mínima sais constituídos pelas seguintes espécies químicas: a) Magnésio (grupo 2) e cloro (grupo 17). b) Lítio (grupo 1) e bromo (grupo 17). c) Cálcio (grupo 2) e flúor (grupo 17). d) Potássio (grupo 1) e flúor (grupo 17). e) Alumínio (grupo 13) e enxofre (grupo 16).

18. Os átomos hipotéticos X e Y possuem, respectivamente, dois e seis elétrons na camada de valência. Qual a possível fórmula e o tipo de ligação da substância formada?

19. Considere as informações sobre os átomos dos elementos a seguir: A: é um metal e pertence ao grupo 2. B: é um não metal e pertence ao grupo 16. Qual é a fórmula da substância iônica formada por esses átomos?

20. Quantos elétrons possuem na camada de valência, respectivamente, os átomos dos elementos X e Y, no estado fundamental, em uma substância composta cuja fórmula é X3Y2, em que X é o cátion e Y é o ânion? 21. Um elemento químico, que no seu estado fundamental apresenta a seguinte quantidade de elétrons, por nível, n1 = 2, n2 = 8, n3 = 3, tem tendência a: a) Perder 2 elétrons. d) Perder 3 elétrons. b) Ganhar 3 elétrons. e) Perder 1 elétron. c) Ganhar 5 elétrons.

226

22. A fórmula do sulfeto de cálcio é CaS e do fosfeto de lítio

é adicionado aos cremes dentais, agindo como abrasivo e aos medicamentos usados no tratamento de doenças provocadas pela deficiência de cálcio. Na substância carbonato de calcário, a ligação ocorre entre os íons Ca 2+ e CO2-3 . A este respeito, considere C para as alternativas corretas e E para as erradas.

é Li 3P. Indique as fórmulas para as seguintes substâncias iônicas: sulfeto de magnésio, fosfeto de potássio e seleneto de magnésio. 23. Uma substância iônica apresenta uma estrutura no estado sólido e outra organização quando dissolvido em água, conforme o desenho abaixo:

1) Nesta ligação, o íon Ca2+ é chamado de cátion e o íon CO2-3 de ânion. 2) A ligação que ocorre no carbonato de cálcio é diferente daquela que ocorre no óxido de alumínio (AlO3). 3) A interação entre esses dois íons dá-se por meio do último nível energético dos dois átomos, a camada de valência. 4) Ao ser adicionada uma certa quantidade de carbonato de cálcio em água, a solução conduzirá corrente elétrica. 5) O carbonato de cálcio é extremamente nocivo para o ser humano, portanto, qualquer contato com essa substância deve ser evitado.

a d n o H e g r o J

sódio (Na) cloro (Cl)

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Baseado na imagem e nos conceitos relacionados, julgue os itens a seguir, comC para os corretos e E para os errados. 26. (UFRGS-RS) Ao se compararem os íons K+ e Br – com seus respectivos átomos neutros de que se srcinam, pode-se 1) No retículo cristalino, os íons ficam fixos em determinados verificar que: pontos e unidos por forças eletrostáticas. a) Houve manutenção da carga nuclear de ambos os 2) Quando adicionados à água, os íons são envolvidos íons. pelas moléculas da água em um processo denominado b) O número de elétrons permanece inalterado. ionização. c) O número de prótons sofreu alteração em sua 3) Quando os cátions se separam dos ânions, ficam livres quantidade. para conduzir corrente elétrica. 4) substâncias A estrutura do retículo cristalino é comum à maioria das iônicas.

d) Ambos oselétrons. íons são provenientes de átomos que perderam e) O cátion srcinou-se do átomo neutro a partir do recebimento de um elétron.

5) De acordo com a imagem, no processo de solvatação ocorre a separação dos íons.

24. Com relação às substâncias iônicas, julgue os itens, marcando em seu caderno C para os corretos e E para os errados. 1) Os elétrons situados na camada mais externa de um átomo são chamados elétrons de valência. 2) Os g ases nobres têm tendência a perder um elétron para se tornar íons carregados positivamente. 3) Átomos de metais, em geral, possuem um, dois ou três elétrons no seu nível d e energia mais externo e, ao reagir com átomos de não metais, que geralmente possuem cinco, seis ou sete elétrons na camada de valência, formam substâncias iônicas. 4) O cloreto de sódio é um sólido iônico. Um cristal visível dessa substância é um agregado de milhões desses íons arranjados desordenadamente na proporção de 1:1.

27. (Cesgranrio-RJ) Considere os seguintes pares de íons: I) Cr3+ e Cl– III) Ag + e NO–3 V) NH +4 e PO3– 4 II) Li+ e CO2– IV) Fe 2+ e S2– 3 Assinale a opção que apresenta corretamente a fórmula da substância formada em cada par. a) Cr3Cl, Li(Cl3)2, Fe2S2, NH4(PO4)3. b) CrCl, LiCO3, AgNO3, FeS, NH4PO4. c) CrCl3, Li2CO3, AgNO3, FeS, (NH4)3PO4. d) Cr3Cl, Li(CO3)2, AgNO3, FeS, NH4(PO4)3. e) Cr2Cl, LiCO3, AgNO3, FeS, NH4(PO4)2.

28. (Mack-SP) Sabendo que o número de elétrons doados e

25. O carbonato de cálcio (CaCO3) está presente em vários

materiais usados em nosso cotidiano. É o principal componente do calcário e do mármore; pode ser encontrado, em casca de ovo, esqueletos de conchas e corais. Além disso,

227

recebidos deve ser o mesmo e que o cálcio doa dois elétrons e o flúor recebe somente um, então, ao se ligarem, entre si, átomos de cálcio e flúor, obtemos uma substância cuja fórmula correta é: a) CaF. c) Ca2F. e) CaF2. b) F2 e CaF2. d) Ca2F2.

1

2

3

4

5

6

7

s a ic m í u q s e o ç a g i L

3 Ligação covalente k c to rs te t u h S / 3 2 o i d u t s

6 O L U ÍT P A C

A atmosfera terrestre contém muitos gases constituídos por ligações covalentes , como nitrogênio (N2), oxigênio (O2), água (H2O), dióxido de carbono (CO ) e ozônio (O ). 2

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

3

V

ocê já descobriu que as substâncias iônicas conduzem corrente elétrica em solução aquosa. Existem, porém, algumas substâncias que não conduzem eletricidade nem quando dissolvidas em água, conforme foi observado no experimento “A água sempre conduz eletricidade?”, como as substâncias classificadas no grupo Y. Antes de prosseguir a leitura, realize a atividade abaixo, para entender o que se passa com os átomos que compõem as substâncias desse grupo. Segundo a regra do octeto, os átomos ficam estáveis quando a sua configuração eletrônica se assemelha a de um gás nobre. Discuta com seus colegas sobre as questões a seguir.

Construção do Conhecimento 1. Seria possível que átomos de diferentes elementos químicos interajam, completando octetos, sem, no entanto, formar íons? 2. Como dois átomos de hidrogênio podem se unir e ficar com eletrosferas iguais às dos átomos do hélio? 3. Como será a ligação entre átomos de hidrogênio e de cloro, considerando que eles precisam de apenas um elétron para ficar com eletrosfera semelhante à de um gás nobre?

4. Como podem se arranjar os átomos de oxigênio e hidrogênio na formação da molécula de água, de modo que todos os átom os fiquem com configuração de gás nobre?

As substâncias que não conduzem eletricidade, nem mesmo quando dissolvidas em água, não são constituídas por íons, mas por espécies eletricamente neutras. Portanto, na interação entre os átomos constituintes dessas substâncias, não há transferência de elétrons. A ligação entre esses átomos é explicada segundo outro modelo: a ligação covalente . Esse modelo explica as propriedades das substâncias. Vamos entendê-lo. Como vimos anteriormente, as ligações iônicas são interações entre íons: átomos, ou conjunto de átomos, que perderam ou ganharam elétrons. Certo? Nos íons, os átomos possuem configuração eletrônica semelhante à dos átomos de gases nobres, embora haja exceções, lembra-se? Quando dois átomos de hidrogênio se aproximam, surgem, ao mesmo tempo, forças de atração e repulsão. Observe que, nesse caso, os dois átomos possuem a mesma eletronegatividade. Acompanhe: Os elétrons dos dois átomos se repelem; Os núcleos dos dois átomos se repelem; O núcleo de cada átomo de hidrogênio atrai o elétron do outro. Essas forças atingem um equilíbrio. Não há transferência de elétrons de um átomo para outro, ou seja, o elétron de cada átomo de hidrogênio continua atraído por seu respectivo núcleo, numa eletrosfera compartilhada pelos dois átomos. Assim, cada átomo de hidrogênio passa a interagir com dois elétrons: o seu e o do átomo vizinho. Uma vez que a eletronegatividade dos átomos é igual, não ocorre transferência de elétrons como ocorre na ligação iônica. É interessante, observar que, no caso dos átomos de hidrogênio, o compartilhamento de elétrons faz com que esses 228

átomos fiquem com eletrosfera semelhante à dos átomos de hélio, o que deve estar coerente com o modelo da regra do octeto, que se aplica aos átomos de hidrogênio. Lembre-se que essa regra não se aplica aos outros átomos, mas vejamos como ela explica algumas das propriedades de algumas moléculas. A união de átomos por compartilhamento de elétrons, denominada ligação covalente, ocorre por meio de pares de elétrons. Quando um átomo de cloro se aproxima de um átomo de hidrogênio, nenhum dos dois possui força suficiente para remover um elétron do outro, apesar de o átomo de cloro ser mais eletronegativo do que o átomo de hidrogênio. Segundo o nosso

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Ligação entre átomos de hidrogênio – molécula de hidrogênio

2

3

H2 1 par de elétrons

comporte como um gás. Representação do hidrogênio e do cloro

1= ()H Z

HCl

1= C (7Z)l

A representação docompartilhamento de elétrons acima, entre o hidrogênio e o cloro, demonstra queambos obedecem à regra doocteto, mas lembre-se de que muitos átomos não seguem essa regra.

Em geral, a ligação covalente ocorre entre átomos dos elementos representativos dos grupos 14 a 17 (de quatro a sete elétrons na camada de valência). De maneira geral, podemos dizer que, enquanto as ligações iônicas ocorrem entre átomos de metais e não metais, as ligações covalentes acontecem entre átomos de não metais. Contudo, há casos em que sucedem ligações covalentes entre metais e não metais ou até entre metais. 229

1

Z (H) = 1

modelo, essa diferença não com seriaasuficiente para a transferência total de elétrons. De acordo regra do octeto, cada um dos A união de átomos de hidrogênio: umjogo átomos teria que ter um elétron a mais em sua camada de valência. Nesse caso, ocorreria o compartilhamento – um elétron do átomo de hidrogênio e outro de forças opostas que resulta em equilíbrio. do átomo de cloro –, formando uma molécula de cloreto de hidrogênio. Esse Para fins didáticos, o núcleo do átomo não foi par de elétrons passa a girar em torno dos dois núcleos atômicos, conferindo desenhado na proporção real. configuração de gás nobre aos dois átomos,embora ocorra um deslocamento do par de elétrons em direção ao átomo de cloro, que é mais eletronegativo, conforme veremos mais adiante. Esse modelo parece plausível para o caso da molécula de cloreto de hidrogênio. Se ocorresse, no caso, ligação iônica, as atrações entre os possíveis íons H+ e Cl– seriam muito fortes, formando um retículo cristalino, que, na temperatura ambiente, faria com que o cloreto de hidrogênio fosse um sólido. Ocorre que o cloreto de hidrogênio na temperatura ambiente é um gás. Isso se explica pelo modelo da ligação covalente, uma vez que a atração entre as moléculas de HCl com átomos neutros permite que ela se ij u Y J. : s e õ ç rta s u lI

ij u Y J.

4

5

6

7

s a ic m í u q s e o ç a g i L

Tipos de ligação covalente ji u Y J.

Cl

6 O L U ÍT P A C

Representação dos átomos de cloro antes e depois de ligados para formar uma molécula de cloro (Cl2).

Para entendermos os diversos tipos de ligação covalente, vamos usar a representação eletrônica de Lewis. Nela, indicamos os elétrons da camada de valência de cada átomo; os elétrons compartilhados são representados entre os símbolos dos átomos ligantes. Veja como fica a molécula de cloro (Cl ). 2 Observe que, isoladamente, cada átomo de cloro possui sete elétrons na camada de valência. Entretanto, quando se ligam, eles passam a compartilhar dois elétrons – um de cadaátomo –, adquirindo estrutura eletrônica semelhante à dos átomos de argônio. Essa é a denominada ligação covalente simples , porque há compartilhamento de um par de elétrons srcinários dos dois átomos ligantes. Vejamos agora a representação de Lewis para a molécula deágua. Observe o número de elétrons dos átomos de hidrogênio e de oxigênio. Os átomos de hidrogênio, que possuem um elétron na camada devalência, segundo a regra do octeto teriam de conter mais um para completá-la. Os átomos de oxigênio têm seis elétrons na camada de valência e, portanto, deveriam ter mais dois para atingir os oito necessários. Dessa forma, ambos seguem a regra do octeto. O compartilhamento de um par de elétrons, entre um átomo de oxigênio e um de hidrogênio, satisfaz este, mas o oxigênio deveria ter outro elétron para seu octeto. É necessário, então, outro átomo de hidrogênio. Temos, portanto, o compartilhamento de elétrons do átomo de oxigênio com dois átomos de hidrogênio, obtendo duas ligações covalentes simples. Veja abaixo como fica a representação de Lewis.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Estrutura de Lewis para a molécula de água

ji u Y .J

H 20

Observe que na molécula de água tanto os átomos de hidrogênio como o de oxigênio completam a sua camada de valência, conforme prevê a regra do octeto.

Antes de prosseguir a leitura, realize a atividade abaixo.

Construção do Conhecimento 1. Sabendo que o átomo de carbono tem quatro elétrons na sua camada de valência e que o oxigênio tem seis, proponha a fórmula de Lewis para a molécula de dióxido de carbono (CO2).

2. Como seria a representação de Lewis para a molécula de nitrogênio (N2), de acordo com a regra do octeto, sabendo que o átomo de nitrogênio tem cinco elétrons na camada de valência?

3. Tente agora fazer a representação de Lewis para a molécula de dióxido de enxofre (SO 2), seguindo a regra do octeto, sabendo que o átomo de enxofre tem seis elétrons na camada de valência?

4. Compare as representações que você fez nas questões acima com a da água e do gás cloro acima. Qual seria a diferença entre essas estruturas e a do dióxido de enxofre?

230

Se considerarmos apenas uma ligação entre os dois átomos de oxigênio e um de carbono, não seria possível que cada átomo ficasse com oito elétrons em sua camada de valência. Para atingir o octeto, seria necessário mais de uma ligação, ou seja, que o átomo de carbono compartilhasse mais elétrons com os átomos de oxigênio. Veja a fórmula representada a seguir. Estrutura de Lewis para a molécula de dióxido de carbono (CO2)

ij u Y J.

1

2

3

4

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Observe que entre os átomos de carbono e de oxigênio há compartilhamento de dois pares de elétrons. As ligaçõe s em que são compartilhados dois pares de elétrons são denominadas ligações covalentes duplas. O nitrogênio possui cinco elétrons na sua camada de valência. Para seguir a regra do octeto, cada átomo deveria ter mais três elétrons. Na molécula da substância nitrogênio, cada dois átomos compartilham três pares de elétrons, ficando, dessa forma, com oito elétrons. ligação covalente Esse tipo de ligação, em que dois átomos compartilham três pares de elétrons, é denominado tripla. Veja a apresentação da molécula de nitrogênio abaixo. Os estudos sobre a molécula de dióxido de enxofre (SO2) demonstram que a melhor representação, segundo o modelo de Lewis, é a que segue abaixo. Observe que na representação do dióxido de enxofre (SO ), abaixo, a estrutura eletrônica de todos os átomos obed ece à 2 regra do octeto. Entretanto, a interação do segundo átomo de oxigênio com o átomoenxofre de só é possível porque sete ainda tem dois pares de elétrons livres (que não estão envolvidos emnenhuma ligação). Nesse caso, não há transferência de elétrons do enxofre para o oxigênio, pois isso implicaria uma quebra da estabilidade eletrônica do enxofre. Nesses casos, um par de elétrons livres do átomo de enxofre passa a ser compartilhado com o segundo átomo de oxigênio. ji u Y .J

Estrutura de Lewis para a molécula de nitrogênio (N2)

Estrutura de Lewis para o dióxido de enxofre (SO2)

ij u Y .J

A diferença entre as estruturas do dióxido de carbono e do dióxido de enxofre é que, neste último, os elétrons compartilhados em uma das ligações srcinam-se de um só átomo. É a chamada ligação covalente coordenada, que antigamente era chamadaligação covalente dativa. Ela é relativamente comum e está presente em diversas substâncias covalentes. Ligações desse tipo são encontradas em átomos de nitrogênio no HNO3, fósforo no H3PO 4, cloro no HClO4, entre outros. Em termos de interação entre os átomos, em nada diferem da ligação covalente em que os elétrons são provenientes dos dois átomos. Cabe destacar que as representações de Lewis, até aqui descritas, indicam que os elétrons são compartilhados entre os átomos ligantes; todavia, sabe-se que existindo diferença de eletronegatividade entre os átomos ligantes, os elétrons não são igualmente compartilhados, conforme será demonstrado mais adiante.

Fórmula estrutural A representação de Lewis é útil para mostrar a configuração eletrônica dos átomos constituintes das substâncias e indicar se estão de acordo com a regra do octeto. No caso das ligações covalentes, os químicos usam uma fórmula mais simples para representar as moléculas: os pares de elétrons compartilhados são substituídos por barras e os 231

5

6

7

s a ic m í u q s e o ç a g i L

elétrons não compartilhados não são representados, como indica a fórmula da molécula de água (H2O) ao lado. Ela indica como os átomos estão arranjados nas moléculas e, por isso, é denominada fórmula estrutural. Fórmula estrutural da água

6 O L U ÍT P A C

Fórmula estrutural da propanona ou acetona

Existem substâncias que possuem a mesma fórmula molecular, mas diferentes propriedades químicas e físicas. Por quê? Isso acontece porque, embora as moléculas dessas substâncias sejam constituídas pela mesma quantidade de chamadas átomos, a isômeras forma de eorganização destes é diferente. Essas substâncias são podem ser diferenciadas pela fórmula estrutural. A propanona (acetona) e o propanal, por exemplo, possuem a mesma fórmula molecular (C3H6O), mas diferentes fórmulas estruturais. Veja, as representações ao lado e a tabela com os dados sobre as propriedades dessas substâncias a seguir e lembre, modelos são válidos quando conseguem explicar as propriedades das substâncias. P r o p an o n a

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Fórmula estrutural do propanal

Propanal

Temperaturadefusão

–95°C

–81°C

Temperaturadeebulição

56°C

49°C

Solubilidade em 100 g de água

insolúvel

Densidade

0,7g/mL

20 g (20 °C) 0,81g/mL

As fórmulas estruturais da propanona e do propanal definem as diferenças entre propriedades físicas e químicas.

Fórmula estrutural da molécula de ácido cianídrico

Observe que a ligação covalente dupla é representada, na fórmula estrutural, por meio de duas barras entre os dois átomos ligantes. Da mesma forma, a ligação covalente tripla é representada por três barras, por exemplo, na molécula do ácido cianídrico (HCN). As figuras abaixo apresentam a fórmula eletrônica de Lewis e a fórmula estrutural do ácido nítrico (HNO3). Note que a primeira indica que o nitrogênio apresenta duas ligações covalentes simples com átomos de oxigênio, sendo uma delas uma ligação coordenada, e uma ligação covalente dupla com um terceiro átomo de oxigênio. Observe que na fórmula estrutural representamos as ligações coordenadas por barras, como nas ligações covalentes simples, porque, depois de formadas, elas são equivalentes, não importando a qual átomo os elétrons compartilhados pertenciam. Fórmula eletrônica de Lewis

PARE E PENSE

Fórmula estrutural da molécula de ácido nítrico

O que você entende por molécula? O que seria um constituinte amolecular? Fórmula eletrônica de Lewis e fórmula estrutural da molécula de ácido nítrico (lembrese que os elétrons somente são representados em cores diferentes para facilitar a visualização). 232

4 Constituintes moleculares

1

e amoleculares s n e g a

2

Im r a ls u P / s n i rt a M m fil e D

3

4

Os constituintes da matéria formam microestruturas que são responsáveis pelas propriedades da matéria. Essas estruturas estão interligadas por atrações químicas e se repetem, de forma semelhante às estruturas de andaimes.

C D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ompreendendo como ocorrem as ligações químicas entre os átomos, agora podemos imaginar como estão organizados os constituintes das substâncias. O mais popularmente conhecido é a molécula. Em geral, essa palavra é empregada para denominar o constituinte de qualquer substância. No entanto, em Química não é bem assim. Agora você já tem condições de aprender o que os químicos entendem por moléculas. Primeiramente, comecemos pelo conceito de constituinte. Todas as substâncias são formadas por átomos de elementos químicos que estão isolados ou combinados por meio de ligações químicas. O átomo isolado ou o conjunto de átomos que caracteriza asubstância é denominado constituinte eluminosos, é representado por uma por fórmula química. O gás em painéis é constituído átomos isolados deneônio, neônio.usado Portanto, o seu constituinte é o átomo de neônio e a sua fórmula química é Ne. O cloreto de sódio, principal substância encontrada no sal de cozinha, é constituído pelos íons sódio (Na+) e cloreto (Cl–). Logo, essa substância é caracterizada pelo constituinte representado pela fórmula química NaCl. Já a água é constituída por entidades químicas formadas por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, que estão unidos por ligação covalente, e seu constituinte é representado pela fórmula química H2O. Os átomos dos constituintes de muitas substâncias estão interligados em redes contínuas, como acontece com as substâncias iônicas, em queos átomos não estão isolados nem independentes, pois interagem de maneira muito forte com íons vizinhos. Observe que, na ilustração ao lado de retículos cristalinos de substâncias iônicas, há interações iônicas entre todos os átomos vizinhos. Existem substâncias em que os átomos combinam-se com um número restrito de outros átomos, caracterizando entidades isoladas e eletricamente neutras. Veja na ilustração acima, que nos constituintes da água as ligações covalentes não aparecem entre todos os átomos vizinhos, mas apenas entre um número restrito de átomos (dois de hidrogênio e um de oxigênio). Esse tipo de constituinte é chamadomolécula. Como exemplos de substâncias formadas por moléculas, podemos citar a água (H2O), o dióxido de carbono (CO2), a amônia (NH3) e o hélio (He). Assim, podemos definir molécula como entidade constituída por um número determinado de átomos que têm existência independente. 233

5

ji u Y .J

H 2O

6

7

Respeitadas as proporções, se pudéssemos visualizar os constituintes da água , iríamos identificar pequenas estruturas formadas por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio, as quais denominamos moléculas. ij u Y J.

Nas redes cristalinas iônicas, os átomos estão interligados com os átomos vizinhos. Nesta ilustração, átomos de sódio são representados na cor cinza e átomos decloro são representados na cor verde e em tamanho maior. Embora seja igual às demais, o átomo central decloro foi destacado para facilitar a análise da imagem. Note que esse átomo central de cloro é rodeado por seis átomos de sódio. Esses, por sua vez, são rodeados por outros átomos de cloro, em uma estrutura que se repete continuamente.

s a ic m í u q s e o ç a g i L

As fórmulas de substâncias, cujos constituintes são moleculares, são chamadas fórmulas moleculares. Elas expressam o número total de cada tipo de átomo unido na estrutura química e, por isso, não podem ser simplificadas. Assim, a fórmula molecular da água oxigenada é H 2O2 e não pode ser simplificada para HO. ji u Y J.

N2

6 O L U ÍT P A C

ij u Y J.

H2 O2

ji u Y J.

NH3

ij u J.Y

CI2

Os constituintes moleculares são átomos ou conjuntos definidos de átomos, representados pelas fórmulas moleculares. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Os constituintes das substâncias iônicas, denominados amoleculares, formam redes contínuas e não possuem existência independente, ou seja, não se apresentam como entidades isoladas, como se pode observar na ilustração abaixo. Note que a disposição dos átomos no retículo varia de substância a substância, o que está relacionado ao tamanho e à carga dos íons. Essas substâncias são representadas por fórmulas mínimas, que fornecem as relações mínimas entre seus íons. CaF2

Ca2+

F–

Cs+

CsCl

Cl–

B aO

Ba2+

O2–

ij u .Y J : s e õ ç rta s u lI

Os constituint es amoleculares são átomos ou conjuntos de átomos ligados indefinidamente com todos os átomos das vizinhanças. Suas fórmulas indicam a relação mínima entre os átomos. ji u Y .J

Rede cristalina do diamante

Rede cristalina de quartzo

ji u Y .J

Não só as substâncias iônicas formam redes cristalinas. Substâncias que apresentam ligações covalentes também podem se apresentar dessa forma. Essas substâncias, denominadas reticulares , são geralmente duras,

quebradiças, más condutoras de corrente e apresentam elevadas temperaturas de fusão elétrica e ebulição. Algumas delas, entretanto, não apresentam essas características típicas, como é o caso da grafite, que é um sólido com boa condutividade elétrica. Como exemplo típico de sólidos reticulares, temos o diamante e o quartzo. Observe nas ilustrações ao lado que os átomos de carbono estão ligados a todos os átomos vizinhos. 234

Nesse caso, os átomos não formam entidades isoladas, como acontece em outra forma alotrópica do carbono: o fulereno. No diamante e no quartzo, as ligações entre os átomos são contínuas e não há formação de uma entidade isolada. Os seus constituintes são chamados constituintes amoleculares. O carbono é um elemento químico que possui a propriedade curiosa de apresentar diferentes formas alotrópicas, ouseja, formar diferentes substâncias simples com organizações cristalinas diversas. No caso do fulereno, os átomos de carbono se ligam a diversos átomos vizinhos, mas forma-se uma estrutura final, que é delimitada por determinado número de átomos. A figura ao lado apresenta um fulereno constituído por 60 átomos de carbono, que caracterizam uma entidade isolada: a molécula de fulereno. Veja que os constituintes das substâncias podem ser classificados em

1

Molécula de fulereno

ji u Y .J

2

3

4

, quando formam uma entidade independente, moleculares quando não possuem existência independente dos demais.ouamoleculares ,

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Os constituintes moleculares, na maioria das vezes, são poliatômicos, ou seja, constituídos pela união de mais de um átomo. Esses constituintes podem ser também monoatômicos, isto é, formados por apenas um átomo, caso típico dos gases nobres, cujas moléculas são constituídas por átomos isolados desses elementos químicos. Os constituintes moleculares poliatômicos são formados, exclusivamente, por meio de ligações covalentes entre seus átomos e unemse uns aos outros por interações fracas. Os constituintes amoleculares unemse uns aos outros por ligações iônicas, como os sais, ou covalentes, como o diamante (veja figura na página anterior), ou metálicas. Observe, ainda, que as substâncias podem ser formadas por mais de um tipo de ligação química. Muitos constituintes iônicos são formados a partir de grupos de átomos que estão unidos por ligação covalente, em que uma das ligações foi rompida. Nesse caso, um dos átomos desse grupo fica com um elétron a mais, proveniente da ligação rompida, ou um elétron a menos, que foi transferido a outro átomo ligante. Esse processo de quebra da ligação covalente, formando íons, é denominado ionização (veja figura a seguir). Quando o átomo que rompeu a ligação covalente está ligado a outros átomos por meio de ligações covalentes, todo o grupo de átomos, a que ele está unido, passa a ser denominado grupamento iônico. ji u Y J.

5

Observe a diferença entre um constituinte molecular e um amolecular. Enquanto no fulereno identificamos um grupo de átomos que constituem uma entidade independente, composta por 60 átomos de carbono, o constituinte do quartzo e do diamante é formado por uma rede de átomos interligados, cujo limite é a extensão do corpo do cristal.

6

7

PARE E PENSE

Será que,entre quando a ligação covalente ocorre átomos diferentes, eles atraem os elétrons para a sua eletrosfera com igual intensidade? O que deve ocorrer nesse caso?

H2CO3 [ ]

ji u Y .J

Fórmula de Lewis do nitrato de sódio (NaNO3)

Fórmula de Lewis do cloreto de amônio (NH4CI)

Fórmula de Lewis do nitrito de sódio (NaNO2) ij u Y J.

[

]

ij u Y J.

[

]

Observe que alguns átomos nessas substâncias, além de compartilharem elétrons na camada de valência , ainda receberam ou perderam elétrons de outros átomos e, por isso, toda a estrutura do grupamento fica com uma carga correspondente à carga total de elétrons recebidos ou perdidos.

235

s a ic m í u Q s e o ç a ig L 6 O L U T Í P A C

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

29. O sal, o açúcar sólido e a solução de açúc ar não conduzem

umligação não metal? 32. uma Qual ésubstância a diferençacom entre covalente e ligação iônica? 33. Diferencie fórmula mínima de fórmula molecular. Dê

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Nome da substância

eletricidade, mas a solução de s al, sim. Explique a diferença dessas substâncias quanto à propriedade de condutibilidade elétrica. 30. Explique como ocorre a ligação covalente na interação núcleo-eletrosfera. 31. O hidrogênio é um elemento químico, cujos átomos podem se ligar a átomos de um metal ou de um não metal. Qual é o tipo de ligação existente quando o hidrogênio forma uma substância composta com um metal? E quando forma

(CCl4)

Dióxidodecarbono

(CO

Água

(HCl) (SO

2

Gás metano

(CH

4

químicas a seguir quanto ao tipo de ligação (iônica ou covalente), utilizando a notação de Lewis e a tabela periódica. a) KF. c) SO3. b) SiO2. d) Al2S3.

)

Trióxidodeenxofre

(SO

3)

)

(NH3) (N2H4)

40. Identifique, na questão acima, se existe alguma substância com ligação do tipo covalente coordenada.

41. O ácido nítrico (HNO3) é usado na separação da prata do ouro,

na decapagem do latão. No entanto, o principal emprego é na fabricação de nitratos, inorgânicos e orgânicos. Proponha uma estrutura de Lewis para esse ácido, identifique o tipo de ligação e a sua fórmula estrutural. 42. O refrigerante é uma bebida gaseificada de bastante aceitação. As bolhas que percebemos nessa bebida são formadas por dióxido de carbono (CO ), que pode ser obtido pela reação: 2 C4H 6O(s) + 2NaHCO 3(s) → C4H4N2O6(s) + 2H 2O(l) + 2CO 2(g). Indique quais substâncias são iônicas e quais são covalentes.

43. Complete o quadro abaixo no seu c aderno:

Gás metano (1 átomo de carbono e 4 átomos de hidrogênio) Gás eteno (2 átomos de carbono e 2 átomos de hidrogênio) Ácido cianídrico (1 átomo de hidrogênio, 1 átomo de carbono e 1 átomo de nitrogênio)

36. O dióxido de carbono (CO2) é um dos principais responsáveis

38. Classifique as substâncias representadas pelas fórmulas

)

Dióxidodeenxofre

Substância

pelo efeito estufa. Quantos elétrons são compartilhados numa molécula desse gás? Faça a representação de Lewis para essa molécula e cite o tipo de ligação. 37. O monóxido de carbono (CO) é um gás molecular tóxico, liberado pelos canos de escapamentos dos veículos. Responda aos itens a seguir (caso necessário, utilize a tabela periódica). a) Represente, por meio da notação de Lewis, a ligação covalente desse gás. b) Qual é o tipo de ligação que ele apresenta e qual é a diferença da ligação covalente apresentada pelo dióxido de carbono?

2

(H2O)

Ácidoclorídrico

c) 6C (1 átomo) e 9F (4 átomos). d) 8O (2 átomos). e) 6C (2 átomos) e H (2 átomos).

seguintes substâncias:

(N2)

Tetraclorometano

Amônia Hidrazina

exemplos de ambas. 34. O nitrato de potássio (KNO 3) é um sal usado como fertilizante. Nele, existem ligações covalentes entre os átomos de oxigênio e o de nitrogênio. O co nstituinte dessa substância é iônico ou molecular? Justifique. 35. Utilize a notação de Lewis para representar a estrutura das substâncias formadas pelos átomos dos elementos de cada item. Dê a fórmula molecular e identifique o tipo de ligação (simples, dupla, tripla). Para isso, localize na tabela periódica o grupo a que os elementos pertencem e o número de elétrons de sua camada de valência. a) 1H e 16S. b) 6C, 1H (2 átomos) e 8O.

39. Dê a fórmula de Lewis e a fórmula estrutural para as

Fórmula molecular

Nitrogênio

Fórmula estrutural zzz zzz

zzz

Fórmula molecular zzz zzz

zzz

44. Julgue os itens a seguir, considerando C para os corretos

e E para os errados. 1) Uma ligação covalente consiste em um par de elétrons compartilhados entre dois átomos. 2) Na ligação iônica, ocorre transferência de elétrons entre os átomos, levando à formação de um par de íons carregados. 3) A estrutura de Lewis para o gás hélio é He:He. 4) As ligações químicas na molécula da água são iônicas. 5) Substâncias iônicas são representadas por fórmulas moleculares. 6) Os constituintes das substâncias iônicas são amoleculares e não se apresentam como entidades isoladas. 45. Diversos modelos têm sido desenvolvidos para esclarecer como os átomos se unem para formar milhares de substâncias. A compreensão desses modelos é fundamental para que possamos entender como os constituintes das substâncias interagem e, assim, prever o comportamento químico de substâncias e materiais. No caso das substâncias a seguir, o

236

modelo de ligação covalente coordenada busca explicar sua49. (FMABC-SP) O que diferencia uma ligação iônica de uma estrutura. Sendo assim, represente, por meio da fórmula de ligação covalente é: Lewis, e da fórmula estrutural as substâncias abaixo: a) A quantidade de elétrons existente nas eletrosferas dos átomos que participam da ligação. Substâ ncia Fó rmula de Lewis Fórm ula es trutural b) O fato de em uma delas ocorrer compartilhamento de O3 um, dois ou três pares de prótons entre os átomos que participam da ligação. SO2 c) A quantidade de nêutrons existente nos núcleos dos HNO3 átomos, que determina a carga dos íons formados. H3PO 4 d) O fato de em uma delas existir força de repulsão entre HClO 4 íons com cargas opostas. 46. (Vunesp) Os elementos X e Y têm, respectivamente, dois e e) O fato de em uma delas ocorrer transferência de elétrons seis elétrons na camada de valência. Quando X e Y reagem, da eletrosfera de um átomo para a eletrosfera de outro. z zzz zz

zz zzz

z zzz zz

zz zzz

z zzz zz

zz zzz

z zzz zz

zz zzz

z zzz zz

zz zzz

forma-se uma substância: a) Covalente, de fórmula XY. b) Covalente, de fórmula XY2. c) Covalente, de fórmula X2Y2. d) Iônica, de fórmula X2+Y2–. e) Iônica, de fórmula X2–Y2+.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1

2

3

4

50. O diamante e a grafite (grafita) são formas alotrópicas do

carbono, ou seja, substâncias com mesma composição química, mas com organizações cristalinas diferentes. O primeiro é utilizado em equipamentos de laser, corte de vidro, confecção de joias, entre outros. A segunda é encontrada em pilhas comuns, lápis e outros. A respeito dessas substâncias, julgue os itens que seguem, conforme o texto e seus conhecimentos, 47. (Ufba-adaptado) Sobre ligações químicas, considerandoC considerandoC para os certos e E para os errados. para os corretos eE para os errados: 1) O diamante e a grafite, assim como as substâncias a) Os elementos da tabela periódica de números atômicos iônicas, são formados por constituintes amoleculares. 17, 35 e 53 podem formar uma ligação covalente 2) Nenhum dos dois conduz corrente elétrica. simples e três ligações covalentes coordenadas. 3) São quebradiços e apresentam temperaturas de fusão e de ebulição elevadas. b) Os elementos do grupo IV (família 1 4) realizam, 4) Encontram-se no estado sólido e a fórmula apresentada exclusivamente, ligações covalentes. por eles é a mínima. c) As ligações coordenadas somente se efetivam após o 5) São considerados substâncias moleculares. átomo doador ter completado seu octeto. d) Na substância H2C = CH - C  C - H existem ligações 51. Dê as fórmulas estruturais das substâncias, cujas fórmulas iônicas e covalentes. são indicadas nos itens a seguir. a) CO2. b) HNO3. c) HCN. d) HCOOH. 48. Apesar de possuírem estruturas e aplicações muito diferentes, grafite, carbono e fulereno são constituídos apenas por átomos 52. (UnB-DF) Em 1993, a revistaSuperinteressantepublicou um de carbono. Enquanto o grafite é um sólido macio e cinza, artigo, que descreve a utilização de computadores para a elaboração da estrutura de moléculas, como o ácido sulfúrico, a o diamante é transparente e duro. O fulereno, por sua vez, tem sua estrutura semelhante a uma bola de futebol e está sacarina e até a hemoglobina, cuja massa, segundo o autor, é 65 000 vezes a massa do hidrogênio. Com o auxílio dessas envolvido em pesquisas que visam diversas aplicações médicas. informações, julgue os itens seguintes, a respeito de estrutura A este respeito, considereC para as alternativas corretas Ee molecular, considerando C para os corretos e E para os para as erradas. errados. G ra fi t e Di aman te F u l e re n o s 1) Cada molécula de hemoglobina possui 65 000 átomos de hidrogênio. 2) A fórmula molecular de toda substância equivale a sua fórmula mínima. 3) A fórmula estrutural plana de uma molécula representa a distribuição espacial dos átomos. 1) Por não formarem moléculas, os átomos de grafite 4) O ácido sulfúrico é uma substância iônica. interagem por meio de ligações iônicas. 2) Por serem substâncias simples do mesmo elemento, as 53. Em três béqueres com água foram adicionadas as seguintes a d n o H e rg o J

três estruturas mostradas acima são ditas alotrópicas. 3) O fulereno sempre possui umaquantidade fixa de átomos de carbono, portanto, é considerada uma entidade molecular. 4) Os diamantes são formados por um grupo de átomos interligados, limitados apenas pela extensão do corpo do cristal, logo, forma retículos moleculares. 5) As figuras evidenciam como diversos materiais podem ter custos e aplicações diversas, mesmo sendo formado s a partir do mesmo átomo. 237

substâncias:

I – Açúcar C12H22O11

a d n o H e rg Jo

II – Ácido Carbônico H2CO3

III – Cloreto de amônia NH4Cl

IV – Etanol C2H5OH

Os sistemas em que ocorreram ionização foram: a) I e II. b) II e IV. c) III e IV. d) I e III. e) II e III.

5

6

7

5 Polaridade das moléculas

s a ic m í u q s e o ç a g i L

S

abemos que o que mantém as estruturas de nossaspontes e edifícios em pé sãos forças elétricas atrativas. Essas forças explicam as propriedades das substâncias iônicas e também as forças de atração entre moléculas, as chamadas forças intermoleculares. Na ligação covalente não há formação de íons. Isso você já sabe. O que talvez você não saiba é que em muitas substâncias, apesar de os átomos não terem perdido nem ganhado elétrons, as cargas elétricas não são distribuídas de forma homogênea, fazendo com que partesdistintas das moléculas fiquem positivas e outras negativas. As moléculas que possuem cargas elétricas deslocadas são denominadaspolares (têm pequenos polos elétricos positivos e negativos) e as que não possuem são apolares. Para a determinação da polaridade das moléculas, precisa-se saber como os polos estão distribuídos nas ligações e como essas estão distribuídas na molécula. Isso significa que as forças que atuam nas moléculas decorrem da existência dos polos, que derivam da distribuição de cargas elétricas resultantes do formato espacial das moléculas. Nesse sentido, é importante o conhecimento da forma geométrica das moléculas, para fazermos previsão sobre a sua polaridade e, consequentemente, sobre as interações entre elas, o que permitirá prever as propriedades das substâncias, como as que iremos estudar no próximo capítulo.

6 O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Representação geométrica das moléculas Você já deve ter visto ou jogado um game 3D (jogo tridimensional). Além das duas dimensões existentes no plano – largura e altura –, a imagem tridimensional transmite a sensação de profundidade, ou seja, volume. Veja a diferença nas figuras ao lado. A distribuição dos átomos nas moléculas ocorre em três dimensões é responsável e por muitas propriedades das substâncias. Assim como fizemos com o cubo, podemos representar a organização dos átomos nas moléculasdas substâncias em uma folha de papel. Essa representação do s átomos distribuídos espacialmente (3D) demonstra a forma geométricada molécula. Veja figuras abaixo. ji u Y J.

Representação bidimensional de um cubo

i jY u .J

Metano (CH4), gás incolor, inodoro e inflamável, conhecido como gás natural, pode ser representado pela fórmula estrutural plana ou pela forma geométrica. Nas representações geométricas usadas neste livro, a representação do tamanho dos átomos não está na proporção real, mas tenta dar ideia das diferenças de tamanho.

Fórmula estrutural plana do metano

ji u Y J.

i ju Y .J

Representação tridimensional de um cubo

Modelo espacial do metano CH4

CH4

238

Para facilitar a visualização espacial das moléculas, é comum utilizarmos modelos em que esferas – representando os átomos – são unidas por barras, que representam as ligações químicas. Observe que a fórmula estrutural indica como os átomos estão ligados entre si e os tipos de ligação ex istentes, mas não representa a distribuição no espaço, quer dizer, ela representa, no plano, as ligações sem indicar suas orientações. Por isso, essa fórmula é também denominada fórmula estrutural plana. Repare que a distribuição no espaço dos átomos de hidrogênio, que estão ao redor do carbono, ocupa os vértices de uma figura geométrica tetraédrica. ji u Y J.

Forma geométrica tetraédrica do metano

1

2

3

1 4

5 4

2 3

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

quedenaum representação da forma geométrica moléculaque detrês metano há Observe a formação de base triangular.daPercebe-se átomos tetraedro, pirâmide de hidrogênio (2, 3 e 4), ligados ao átomo central de carbono (5), formam a base do tetraedro na parte inferior da molécula. O outro átomo de hidrogênio (1) está no topo do tetraedro. Nesta figura, os átomos 1, 2 e 5 estão representados no plano da folha e, por isso, são unidos por linhas simples. O átomo 3 está representado para frente, como se percebe pela linha que é mais grossa próxima a ele. O átomo 4 é representado atrás do plano da folha por uma linha descontínua que se afina.

5

6

Para facilitar a visualização espacial das moléculas, é comum utilizarmos modelos em que esferas – representando os átomos – são unidas por barras, que representam as ligações químicas. ij u Y J.

Álcool etílico (etanol)

7 ij u Y J.

Propanona (acetona)

Representações de moléculas de álcool etílico (etanol) e de propanona (acetona).

No estudo da Química Orgânica, que vamos introduzir no volume 2, é muito comum representar moléculas com átomos de carbono com as representações exemplificadas no quadro a seguir. Substância

Etano

Fórmula molecular

Fórmula estrutural plana

CH 2 6

Propeno

C3H6

239

Fórmula estrutural condensada

ji u Y .J

Modelo espacial

s a ic m í u q s e o ç a g i L 6 O L U ÍT P A C

Na fórmula estrutural condensada não se representam as ligações simples dos átomos de hidrogênios ligados ao carbono; indica-se apenas, ao lado do símbolo do carbono, a quantidade de hidrogênios que a ele está ligado. Lembre ainda que a fórmula estrutural plana das cadeias carbônicas não corresponde à disposição espacial da molécula. Por exemplo, a forma estrutural plana do metano pode sugerir que as ligações químicas nessa molécula fazem, entre si, um ângulo de 90º (veja quadro abaixo), quando, na verdade, a molécula de metano tem os átomos de hidrogênio posicionados nos vértices de um tetraedro regular, com o átomo de carbono no centro. Os ângulos das ligações formadas entre os átomos HCH são todos iguais a 109,5°. Como o tetraedro é uma estrutura tridimensional, por convenção, a sua representação em duasdimensões (como a do plano da página docaderno) é feita como indicada na última coluna do quadro. Nessa representação, considera-se que os átomos de hidrogênio, ligados ao carbono por meio de ligações representadas com um traço simples, estão no plano da página, enquanto os dois átomos de hidrogênio à direita estão fora do plano da página. No caso em que a ligação é representada por uma cunha cheia considera-se que o átomo de hidrogênio está à frente do plano da folha, enquanto o átomo de hidrogênio, que está atrás do plano, tem sua ligação representada por uma cunha tracejada. Substância Fórmula m olecular Fórmula e strutural p lana Modelo espacial

Metano

Representação espacial

CH4

Diferentes representações para a molécula de metano. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Outra representação das cadeias carbônicas, denominada bond line, é feita por meio de traços sem indicar os átomos de carbono. Nessa representação, os átomos de carbono são entendidos como as pontas de cada segmento de reta ou os vértices que unem essas retas. Para simplificar, os átomos de hidrogênio também não são representad os, já que completam as ligações dos átomos de carbono. Assim, uma linha ou segmento de reta (–) representa a ligação entre dois átomos de carbono (C2H6), cujos símbolos são omitidos. Uma molécula contendo três átomos de carbono (C3H8) será representada por dois segmentos unidos ( ), formando um ângulo menor que 180°. Como cada átomo de carbono podeum seátomo ligar a de atécarbono quatro outros carbono, podemos representações do tipo naesegunda, . Na primeira, temos centralátomos ligado adetrês outros átomos deter carbono (C4H10), enquanto, temos um átomo de carbono central ligado a outros quatro átomos (C H ). Veja exemplos no quadro a seguir. 5 12 Substância

Butano

Metilpropano

Fórmula estrutural plana

Fórmula estrutural condensada Representação bond line

Modelo espacial

240

Como a teoria do octeto não dá subsídios para a previsão da forma geométrica das moléculas, foi preciso elaborar outras teorias e outros modelos. Por exemplo, as moléculas de água2O)(He de dióxido de carbono (CO2) têm dois átomos ligados a um terceiro. No entanto, como podemos observar nas figuras abaixo, elas possuem geometrias diferentes. Os químicos desenvolveram diversas teorias para explicar essaometria ge e, atualmente, podem fazer previsões no computador sobre as estruturas espaciais de moléculas. Esse estudo é fundamental, porque as propriedades das substâncias estão relacionadas à geometria de suas moléculas, a qual determina a polaridade das moléculas, conforme veremos adiante. ji u Y .J

Água

CO2

3

4

No quadro abaixo, são apresentadas representações geométricas de algumas moléculas. Recomenda-se sempre indicar o ângulo da ligação entre dois átomos vizinhos a um terceiro, para que se possa ter uma noção da orientação tridimensional dos átomos na molécula.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

2

ij u Y J.

Dióxido de carbono

H2O

1

5

Nome

Fórmulamolecular

Metanal

CH2O

6

Amônia

NH3

7

Ácidocianídrico

Formageométrica

HCN

Mudança na forma geométrica altera suas propriedades, como no caso do grafite e do diamante. Ambos têm a mesma composição: átomos de carbono. Entretanto a moedinha que você usa para comprar um lápis não dá para comprar um anel com diamante... O diamante é muito mais raro, mais caro e, não há quem discorde, mais bonito. Sabe por quê? A diferença entre as duas substâncias está na forma de organização dos seus átomos. No diamante, cada átomo está ligado a outros quatro, constituindo uma estrutura tridimensional, que confere rigidez ao sólido formado. No caso da grafite, cada átomo está ligado a três átomos do mesmo plano e, mais fracamente, a átomos de outros planos. A substância é formada pela sobreposição desses planos. Como a interação entre os diferentes planos é fraca, um pode deslizar sobre o outro. Isso permite que placas das substâncias sejam arrancadas ao atritar grafite com outro material. Por isso, quando você escreve, o papel risca o lápis. Já o diamante é utilizado para riscar materiais duros, como o aço. Eis aí um bom exemplo em que a geometria da molécula faz toda a diferença. Rede cristalina do diamante

ij u Y J.

Rede cristalina do grafite

ji u Y J.

0,14 nm Átomos de carbono Interações de Van der Waals

Ligações covalentes

0,34 nm

ry a rib L o t o h P e c n e i c S / a k e i s a P d re lf A

H el y

D em

ut ti

Observe que as ligações covalentes no diamante criam uma estrutura rígida. Já no grafite , como essas ligações são no mesmo plano e as ligações entre cada plano de grafite são interações de Van der Waals (veja conceito no próximo capítulo), muito mais fracas dos que as ligações covalentes, com facilidade elas podem ser rompidas, o que torna a grafite quebradiça. 241

Teoria da repulsão dos pares de elétrons

s a ic m í u q s e o ç a g i L

Em 1950, os químicos Ronald J. Gillespie [1924-], britânico, e Ronald Sydney Nyholm [1917-1971], australiano, propuseram um modelo denominado “Teoria da repulsão entre os pares de elétrons da camada de valência”, que permite prever a geometria molecular. Segundo essa teoria, os elétrons da camada de valência são distribuídos aos pares, ao redor do átomo, como se estivessem em uma esfera, afastados o máximo possível, para diminuir a repulsão. A figura abaixo mostra como dois a seis pares de elétrons podem ser dispostos em uma superfície esférica, obtendo a menor repulsão eletrostática possível.

6 O L U ÍT P A C

ij u J.Y

Repulsão eletrostática

23456 D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Arranjos relativos mais estáveis de cargas Os elétrons de valência, que participam da ligação covalente, são pontuais sobre uma superfície esférica denominados ligantes ; os que não participam da ligação são osnão ligantes . são obtidos minimizando-se a repulsão O átomo que se une a outros é denominadoátomo central . Os que se ligam eletrostática entre elas.

ao central ficam distribuídos de acordo com a orientação espacial dos elétrons ligantes que estão ao redor do átomo central.

O quadro abaixo apresenta as fórmulas de Lewis e a geometria para algumas substâncias. N o me

Fó r mu l a

E st r u t u r ad eLe wis

G e o me t r i a

Gás metano

CH4

4 pares de elétrons ligantes (C

K

H)

Tetraédrica

Amônia

NH3

3 pares de elétrons ligantes (N

K

H) 1 par de elétrons não ligantes

Piramidal

H2O

2 pares de elétrons ligantes (O

K

H) 2 pares de elétrons não ligantes Angular

2

4 pares de elétrons ligantes (C

L

O)

Linear

3

3 pares de elétrons ligantes (B

K

H)

Trigonal plana

Água Dióxido de carbono

CO

Hidretodeboro

BH

Os átomos de hidrogênio, que se ligam aos átomos centrais, vão ocupar os vértices da figura formada. Como normalmente não representamos os pares de elétrons não ligantes, observaremos uma geometria tetraédrica para a molécula de metano, uma forma piramidal para a de amônia e uma forma angular (forma de V) para a de água.

Como se formam polos nas moléculas? Em uma ligação covalente entre dois átomos iguais, como na molécula de H2, os dois átomos participantes atraem simultaneamente e com a mesma intensidade o par de elétrons ligantes. 242

O químico estadunidense Linus Carl Pauling [1901-1994] observou que os átomos dos elementos químicos apresentavam diferentes intensidades de atração sobre os pares eletrônicos em ligações covalentes. Essa diferença de intensidade, responsável por diversas propriedades químicas e físicas das substâncias, foi denominadaeletronegatividade. Os átomos que possuem maior eletronegatividade são aqueles que têm maior tendência a atrair os elétrons das ligações covalentes das quais participam. Alguns cientistas propuseram diferentes métodos para a determinação da eletronegatividade. A escala de eletronegatividade mais utilizada foi proposta por Pauling, que atribuiu, arbitrariamente, valor 3,98 para o flúor (átomos mais eletronegativos) e 0,7 para o frâncio (átomos menos eletronegativos). A determinação da eletronegatividade dos átomos dos outros elementos (veja

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

tabelae ao lado) é estabelecida com base na comparação com os átomos de flúor frâncio. Os valores de eletronegatividade não são absolutos. Eles representam a diferença comparativa entre as intensidades dos átomos participantes de uma ligação covalente ao atrair elétrons ligantes. Agora é possível entender como se formam polos nas moléculas e representá-los. Vamos começar com um exemplo simples: uma molécula de hidrogênio. Nela, temos apenas dois átomos iguais, cujos núcleos exercem a mesma força de atração sobre os elétrons envolvidos na ligação, poispossuem a mesma eletronegatividade. Nesse sentido, esses elétrons são igualmente compartilhados pelos dois átomos e não há formação de polos elétricos entre eles. É a denominada ligação covalente apolar.

VALORES DE ELETRONEGATIVIDADE DOS ÁTOMOS DE ALGUNS ELEMENTOS QUÍMICOS Elemento

Eletronegatividade

F O Cl N Br

3,98 3,44 3,16 3,04 2,96

I S C H Fr

2,66 2,58 2,55 2,20 0,7

átomo hidrogênio. Atraindo os elétrons em sua criando direção,um o átomo de cloro provocadeum desequilíbrio de cargas na molécula, acúmulo de carga negativa do seu lado e, consequentemente, acúmulo de carga positiva do lado do átomo de hidrogênio. Surge, então, um polo positivo do lado do átomo de hidrogênio e um negativo do lado do átomo de cloro. As ligações, nas quais ocorrem compartilhamentos desiguais de elétrons entre os átomos ligantes, são denominadas ligações covalentes polares. O polo obtido na ligação refere-se a uma carga parcial, uma vez que os 243

2

3

4

5

6 n io t a d n u o F l e b o N

Na ligação entre doisátomos de igual eletronegatividade, os elétrons são compartilhados igualmente pelos dois átomos. A região ao redor dos núcleos é onde os elétrons se movimentam.

Vejamos agora o que acontece, quando se tem átomos ligantes com diferentes valores eletronegatividade. Vamos começar pelo cloreto de hidrogênio, cuja estrutura já foi discutida anteriormente. De acordo com a tabela de eletronegatividade, os valores do cloro e do hidrogênio são, respectivamente, 3,16 e 2,20. Isso significa que o átomo de cloro atrai o par de elétrons compartilhado com maior intensidade do que o

1

Por sua importante contribuição ao estudo das ligações químicas e da estrutura das substâncias inorgânicas, Linus Pauling recebeu, em 1954, o Prêmio Nobel de Química. Em 1962, foi agraciado com o Nobel da Paz por sua luta contra a utilização de armas nucleares.

PARE E PENSE

Por que os sólidos metálicos conduzem eletricidade, mas os iônicos e os covalentes geralmente não a conduzem?

7

s a ic m í u q s e o ç a g i L 6 O L U ÍT P A C

ji u Y J.

H

δ+

Cl

H k Cl

δ+

δ–

δ–

H k Cl

Representações da molécula de cloreto de hidrogênio, com dipolos. Observe que a nuvem eletrônica dos elétrons compartilhados está mais próxima do átomo de cloro.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

elétrons estão sendo compartilhados e não transferidos de um átomo para outro, como acontece na ligação iônica. Tal carga parcial é representada pela letra grega delta: ß. A polaridade da ligação, ou seja, o grau em que o par de elétrons é compartilhado, depende da diferença de eletronegatividade entre os átomos ligantes. Quanto maior ela for, maior será a polaridade da ligação. Todavia, quando essa diferença é muito grande, a ligação é descrita como iônica, pois, nesse caso, o elétron acaba sendo totalmente transferido para o átomo mais eletronegativo. Veja, então, que temos uma ligação iônica quando a diferença de eletronegatividade entre os átomos ligantes é muito grande e temos uma ligação totalmente covalente, quando a diferença de eletronegatividadentre e os átomos é nula. Podemos dizer que as ligações iônica e covalente são dois modelos extremos e que há diversas situações intermediárias entre esses dois tipos de ligações que apresentam tanto caráter iônico quanto covalente. O melhor é dizer que a ligação é predominantemente covalente ou predominantemente iônica. A divisão entre essesdois tipos de caráter da ligação – iônico e covalente – pode ser marcada pela diferença de eletronegatividade de aproximadamente 1,7.

Identificando substâncias polares Quando uma molécula só possui ligações covalentes apolares, não há formação de polos elétricos permanentes, portanto, ela será apolar. Então, quando a molécula possui ligações covalentes polares, ela será polar, certo? Não necessariamente. Nesse caso, ela poderá ser polar ou apolar. No caso de uma molécula possuir mais de uma ligação polar, as cargas parciais que surgem nas extremidades das ligações nela como um todo. Essa distribuição poderá resultar em umdistribuem-se acúmulo de cargas em determinada região da molécula, gerando polos de cargas leétricas. Em outros casos, a distribuição pode ser homogênea, de forma que não resulte no acúmulo de cargas em regiões diferentes e, então, a molécula será apolar. Como podemos saber se há acúmulo de cargas em moléculas com diferentes ligações polares? Pode parecer complicado, mas usando conceitos da Física podemos determinar. Vejamos como. No estudo da Física, você deve ter visto que o deslocamento de um corpo no espaço pode ser representado por um vetor – segmento de reta orientado que indica uma grandeza, sua direção e sentido. Por exemplo, o deslocame nto final de um carro durante uma viagem pode ser determinado somando-se os vetores correspondentes aos deslocamentos que o automóvel fez em cada trecho, por exemplo, de cidade a cidade. De forma similar, determina-se a distribuição final de cargas em uma molécula: somam-se os vetores que representam cada dipolo (sistema de duas cargas elétricas pontuais, do mesmo valor, mas de sinais opostos, separados por uma pequena distância) da molécula. São os vetores de momento de dipolo, representados por R u . Por definição, esses vetores são orientados do polo negativo para o positivo, apesar de, geralmente, os livros representarem no sentido contrário. Para saber se existe acúmulo de cargas na molécula, se ela tem mais de um dipolo em suas ligações, precisamos determinar o vetor de momento de dipolo resultante da soma de todos os vetores de momento de dipolo das 244

ligações químicas da molécula. Se o vetor resultante for nulo, não existirá dipolo e, logo, a molécula será apolar. A primeira figura apresenta os dipolos Vejamos alguns exemplos. Nas moléculasrepresentadas a seguir, para cada formados nas ligações covalentes polares. ligação é indicado um vetor que representa o dipolo da ligação. A seguir é A segunda, mostra a representação do vetor resultante desses dipolos. apresentado o vetor de momento de dipolo resultante da molécula. Água

Dipolodemetanal

1

2

Dióxidodecarbono 3

4

Observe que, no caso da molécula de dióxido de carbono, as ligações entre carbono e oxigênio são polares, uma vez que existe uma diferença de eletronegatividade entre os átomos desses elementos. Então, temos dois vetores de dipolo com a mesma intensidade – pois as duas ligações são iguais –, mesma direção, mas com sentidos opostos. O resultado da soma desses vetores é nulo, o que significa que, quando somados, os dipolos das ligações não provocam a formação de um dipolo na molécula. Apesar de possuir ligação covalente polar, essa molécula será apolar. Nas moléculas do metanal, o vetor de momento de dipolo resultante não é nulo e, assim, suas moléculas são polares. O que representa o vetor de momento de dipolo resultante? Ele indica se as cargas elétricas distribuídas na molécula resultam em um dipolo. Imagine que as cargas negativas situadas em diferentes pontos da molécula fossem substituídas por uma única carga colocada em uma posição intermediária entre elas – e com o mesmo efeito que teriam se estivessem separadas. Da mesma forma, imagine que as cargas positivas da molécula sejam substituídas por uma carga positiva situada em uma posição intermediária. O vetor de momento de dipolo resultante indica a existência de um dipolo, que produziria o mesmo efeito se as cargas da molécula fossem substituídas por duas únicas cargas imaginárias: a negativa e a positiva. Em síntese, podemos afirmar que uma molécula apolar é aquela cuja posição média de todas as cargas positivas, chamada centro das cargas positivas, coincide com a posição média de todas as cargas negativas, o centro das cargas negativas. Quando os centros não coincidem, ou seja, quando há uma separação decargas, aí temos uma molécula polar.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

6 Ligação metálica k c o t sr e tt u h /S rk o j B r a v g n I

A s propriedades dos metais : brilho, maleabilidade e condução de eletricidade são explicadas pelo modelo de ligação metálica.

V

ocê observou também, no experimento “A água conduz grupo Z) conduzem eletricidade?” (p. 219), que os sólidos metálicos ( sempre eletricidade, diferentemente dos sólidos das substâncias iônicasgrupo ( X) e das substâncias covalentes g( rupo Y). Certamente, os metais devem ter um tipo de ligação que possibilita a condução de eletricidade em sólidos. Existem diversos modelos que se propõem a explicar as ligações metálicas. Vejamos um deles, que consegue explicar satisfatoriamente a condutibilidade elétrica, iniciando pela comparação da ligação metálica com os demais tipos de ligação: a iônica e a covalente. 245

5

6

7

s a ic m í u q s e o ç a g i L

Nos sólidos iônicos, os constituintes da rede cristalina são íons positivos e negativos. No estado sólido, os íons não têm movimentos livres e, por isso, praticamente não conduzem corrente elétrica. Quando fundidos ou dissolvidos na água, os íons passam a ter mobilidade e a conduzir corrente elétrica. Nos sólidos covalentes, os átomos de seus constituintes são eletricamente neutros. Assim, essas substâncias, em geral, são más condutoras de eletricidade, uma vez que os elétrons de seus átomos constituintes estão presos à eletrosfera de cada átomo ou à eletrosfera dos átomos ligantes com os quais são compartilhados. Estudos sobre a constituição de materiais metálicos, por meio de técnicas de difração de raios X, demonstram que os átomos estão organizados em redes cristalinas, ou seja, estão distribuídos espacialmente de forma sistemática e organizada. O arranjo cristalino é a forma como os átomos estão ordenados e também podeser denominadoretículo cristalino. Essa ordenação depende basicamente do raio e da carga nuclear dos átomos envolvidos e pode se apresentar de diferentes formas, como cúbico de face centrada e cúbico de corpo centrado. Esses átomos vão interagir, de modo que o núcleo de cada átomo atraia os elétrons mais externos de seus vizinhos. Sendo os átomos iguais, essas interações ENERGIA DE IONIZAÇÃO DE ÁTOMOS DE ALGUNS também serão iguais em todas as direções. ELEMENTOS QUÍMICOS A quantidade de energia necessária para Não metais Energia de ionização Metais Energia de ionização arrancar elétrons de átomos de metais é relativamente baixa se comparada com a F 1680kJ·mol –1 Cu 785kJ·mol –1 necessária para arrancar elétrons de átomos dos não metais, conforme se constata na Ar 1520kJ·mol –1 Fe 759kJ·mol –1 tabela de energia de ionização ao lado. Assim, um possível modelo teórico Cl 1255kJ·mol –1 Al 577kJ·mol –1 para explicar a ligação metálica tem como fundamento o fato de os elétrons da S 1000kJ·mol –1 Na 494kJ·mol –1 camada de valência de átomos de metais serem fracamente atraídos por seu núcleo. Com isso, esses elétrons apresentam um grau de liberdade que permite a eles transitar facilmente entre os átomos do material. Isso ocorre por conta do padrão de organização dos átomos dos metais em seus retículos cristalinos e do alto valor de raio atômico, que permite aos átomos metálicos compartilharem os elétrons de suas camadas de valência com átomos vizinhos, caracterizando, assim, a ligação metálica. Como esse

6 O L U ÍT P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ji u Y J.

compartilhamento direcional ocorre com todos os átomos,todos ele acaba permeando todo o retículo cristalino do metal, como se não fosseé uma única ecamada de valência contendo os elétrons das camadas de valências dos átomos desses metais, permitindo, assim, que esses elétrons possam fluir por todo retículo cristalino. Essa característica explica a alta condutibilidade elétrica que, geralmente, os metais apresentam. Se os elétrons de valência estão livres para movimentar-se entre os átomos, podemos concluir que os átomos a que esses elétrons estavam ligados ficam com carga positiva. Assim, teremos, segundo esse modelo de ligação, uma grande quantidade de elétrons movimentando-se livremente entre átomos com cargas positivas. São os elétrons livres ao redor dos átomos positivos que mantêm a sua coesão. Para designar os elétrons livres, geralmente são usadas as expressões “mar de elétrons” ou “nuvem de elétrons”,no sentido apenas de indicar a existência Modelo de ligação metálica de uma grande quantidade de elétrons que se movimenta livremente. Assim, embora os elétrons estejam livres, quimicamente consideramos que esses átomos são neutros. Concluindo: enquanto certas substâncias apresentam elétrons de valência bem presos aos átomos, nos metais esses elétrons podem mover-se livremente por toda a rede cristalina. Esse modelo teórico, denominado “mar de elétrons”, explica a ligação O modelo que melhor explica a ligação entre átomos de metais e justifica a diferença entre metais e substâncias metálica considera que o metal sólido é iônicas com relação à condutibilidade elétrica e outras propriedades físicas, constituído por átomos com cargas positivas como a maleabilidade. (bolinhas grandes), rodeados de elétrons livres Um sólido iônico parte-se aoreceber uma martelada porque há rompimento (bolinhas pequenas), que se movimentam por de sua estrutura cristalina, conforme mostra a figura a seguir. todo o metal. Observe que esteesquema busca No caso dos metais, diferentemente dos sólidos iônicos, a interação demonstrar a existência de vários elétrons entre os átomos; átomos e elétrons não estão entre os átomos não apresenta caráter direcional no espaço, ou seja, ocorre representados em tamanho proporcional correto. igualmente entre quaisquer átomos vizinhos. 246

ji u Y J.

etap1a

etap2a

etap3a

Como resultado, esses átomos podem ser empurrados por ação de uma pancada forte, deslocando-se sem muito esforço, já que não existe a resistência de uma interação direcional. Sob efeito de uma força externa, os átomos são deslocados e a nuvem de elétrons rapidamente se ajusta, para que a interação entre os átomos não seja desfeita. Por isso, átomos de metais podem ser facilmente deslocados em camadas formando lâminas ou fios, o que não é possível em sólidos iônicos ou covalentes. De acordo com esse modelo, um sólido metálico, como um prego, por exemplo, é um conjunto de íons positivos envolvidos por uma nuvem de elétrons. Portanto, podemos definir:

5

6

Nos sólidos metálicos, os átomos ficam rodeados de outros átomos iguais e não há problema de mudança de vizinhança.

m m o C e v ti a re C / a n i b u K ff e J

Pancadas fortes no metal deslocam os átomos e a nuvem de elétrons, que se ajustam rapidamente, garantindo a moldagem da peça.

ij u Y J.

onda luminosa refletida

elétrons metal

247

7

s n o

Esse modelo de ligação também explica outras propriedades macroscópicas

onda luminosa incidente

3

4

Ligação metálica é a interação entre átomos envolvidos por seus elétrons de valência que se movimentam livremente.

dosOmetais. brilho dos metais é explicado pelo modelo proposto. Ele é resultante da oscilação dos elétrons da camada de valência do metal quando o material é iluminado. Ao receber luz, os elétrons de valência da superfície do material oscilam e emitem luz (onda eletromagnética) da mesma cor(frequência), como representa a figura a seguir. O modelo do “mar de elétrons”, embora simples do ponto de vista microscópico, é suficiente para explicar com razoável satisfação diversas propriedades macroscópicas, como as condutibilidades elétrica e térmica, a reatividade química, as temperaturas de fusão e ebulição etc. A alta densidade dos metais pode ser explicada por apresentar estruturas mais compactas que as das substâncias iônicas ou covalentes, mas variando entre os próprios metais por causa das diferentes massas atômicas.

2

ij u Y . J

ji u Y .J

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1

Pelo fato de, nos metais, as interações entre os átomos serem iguais em todas as direções, eles podem ser facilmente moldados. Isso já não ocorre nos sólidos iônicos, cuja interação é sempre no sentido cátion-ânion, ou seja, os cátions devem ficar rodeados de ânions e vice-versa, senão a estrutura cristalina é rompida, como demonstra a etapa 3 do esquema, em que há rompimento devido à repulsão das cargas.

Uma superfície metálica polida reflete luz no mesmo comprimento de onda recebido, por meio da oscilação de seus elétrons de valência. É esse fenômeno microscópico que permite a construção de espelhos.

s a ic m í u Q s e o ç a ig L 6 O L U T Í P A C

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

54. Em uma ligação covalente não ocorre a formação de íons, 55. O universo químico é comprendido pelo homem por meio de modelos científicos. Um desses modelos é a teroia de mas as cargas elétricas não são distribuídas uniformemente, fazendo com que partes da molécula fiquem positivas e repulsão dos pares de elétrons da camada de valência. outras negativas. Quais são os fatores que determinam se Como essa teoria explica a geometria das moléculas? uma molécula é polar ou apolar? 56. Construa, em seu caderno, as moléculas por meio de sua fórmula estrutural no quadro abaixo. Em seguida, indique se a molécula é polar ou apolar.

ÁTOMOS PARTICIPANTES DA FORMAÇÃO DA MOLÉCULA

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

GEOMETRIA

POLARIDADE

1 átomo de H e 1 átomo de Cl 3 átomos de O

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

1 átomo de C e 2 átomos de O

z z z z z z z

z z z z z z z

1 átomo de N e 3 átomos de H

z z z z z z z

z z z z z z z

1 átomo de B e 3 átomos de F

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

z z z z z z z

1 átomo de C e 4 átomos de H 1 átomos de N, 2 átomos de oxigênio e 1 átomo de Cl 2 átomos de H e 1 átomo de O 1 átomo de C, 1 átomo de H e 3 átomos de Cl

O

1 átomos de N, 2 átomos de oxigênio e 1 átomo de Cl O

as ligações representadas pelos algarismos são, respectivamente: a) Simples, dupla, simples. c) Simples, tripla, dupla. b) Dupla, simples, dupla. d) Dupla, tripla, simples.

No total, teremos: a) 17 ligações simples, 4 duplas e 3 triplas. b) 19 ligações simples, 3 duplas e 3 triplas. c) 20 ligações simples, 4 duplas e 2 triplas. d) 18 ligações simples, 5 duplas e 2 triplas. e) 22 ligações simples, 3 duplas e 2 triplas. 60. Complete o quadro abaixo em seu caderno:

SUBSTÂNCIA

BUTANO

zzzzzz zzzzzz

estrutural plana Fórmula estrutural condensada

II.

Representação bond line

III.

Fórmula molecular

248

BUT-2-ENO zzzzzz

Fórmula

Completenas as seguintes ligações simples, duplas e triplas que 59. (Uespi) estão faltando estruturas:

I.

Polar

H

57. Em seu caderno, indique com traços as ligações entre os

58. (UFC-CE) Na estrutura ao lado,

Cl

HkO

2 átomos de H e 1 átomo de O

átomos.

Polar

N

zzzzzz zzzzzzz zzzzzzz zzzzzzz zzzzzzz zzzzzzz

zzzzzz zzzzzz zzzzzz

SUBSTÂNCIA

3,4-DIMETIL-HEXANO

NONANO

Fórmula estrutural plana

zzzzzzz

zzzzzz

zzzzzzz

zzzzzz

Fórmula estrutural condensada

zzzzzzz

zzzzzz

zzzzzzz

zzzzzz

Sobre as moléculas de CO2 é possível afirmar que: a) Seus átomos se ligam por meio de ligação iônica, formando retículos. b) As moléculas de CO 2 são polares, assim como as moléculas de água. c) Os átomos de carbono são mais eletronegativos que os de oxigênio. d) Diferentemente das moléculas de água, as moléculas de CO2 apresentam ge ometria linear.

Representação bond line Fórmula molecular

SUBSTÂNCIA

zzzzzzz

zzzzzz

CICLOPENTANO

OCTANO

65. As espécies SO 2, SO3, BF3, NF3 e CF4, todas no estado gasoso, contêm, respectivamente, a se guinte geometria

zzzzzz

molecular: a) Angular, linear, triangular, piramidal e tetraédrica. b) Angular, piramidal, triangular, piramidal e tetraédrica. c) Angular, triangular, triangular, piramidal e tetraédrica. d) Linear,piramidal, triangular, triangular equadrado planar. e) Angular, triangular, triangular, triangular e quadrado planar.

zzzzzz

Fórmula estrutural plana

zzzzzz zzzzzz zzzzzz

Fórmula estrutural condensada

zzzzzzz

Representação bond line

zzzzzzz

Fórmula molecular

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

zzzzzzz

zzzzzzz zzzzzzz

zzzzzz

grande capacidade de planejar suas pesquisas para fins de obtenção de produtos específicos, muitos materiais de nobres utilidades para o homem foram descobertos de maneira acidental. O teflon, por exemplo, foi descoberto, em 1938, por Roy Plunkett, quando pesquisava as propriedades do gás tetrafluoretileno (C 2F4), o qual srcinou um polímero sólido, de cor branca, bastante resistente ao calor.

61. No eugenol, substância de odor agradável, determine a sua fórmula molecular:

62. (Fuvest-SP) A vitamina K

3 pode ser representada pela fórmula ao lado. Quantos átomos de carbono e quantos de hidrogênio existem em uma molécula dessa substância? a) 1 e 3. c) 9 e 8. e) 11 e 10. b) 3 e 3. d) 11 e 8.

abaixo. a)

b)

Com relação ao tetrafluoretileno, é correto afirmar que suas ligações químicas são, respectivamente: Dados: C (Z = 6); F (Z = 9); H (Z = 1). a) Todas covalentes apolares. b) Iônicas (C–F) e eletrovalentes (C–C). c) Todas covalentes polares. d) Covalentes polares (C–F) e apolares (C–C). e) Covalentes polares (F–F) e apolares (C–F).

67. (UFC-CE) Fugir da poluição das grandes cidades, buscando ar puro em cidades serranas consideradas oásis em meio à fumaça, pode não ter o efeito desejado. Resultados recentes, obtidos por pesquisadores brasileiros, mostraram que, em consequência do movimento das massas de ar, dióxido de enxofre (SO2) e dióxido de nitrogênio (NO2) são deslocados para regiões distantes e de maior altitude. Curiosamente,

c)

esses poluentescom possuem similares, que a se relacionam a geo propriedades metria molecular. Assinale alternativa que descreve corretamente essas propriedades. a) Trigonal plana; polar. d) Angular; polar. b) Tetraédrica; apolar. e) Linear; apolar. c) Angular; apolar.

64. “Dióxido de carbono - O dióxido de carbono tem sido apontado como o grande vilão da exacerbação do efeito estufa, já que sua presença na atmosfera decorre, em grande parte, de atividades humanas. Em termos quantitativos, anualmente cerca de 2650 bilhões de toneladas de dióxido de carbono são lançadas na atmosfera.” http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc08/quimsoc.pdf

2

3

4

5

6

66. (UFC-CE-Adaptado) Não obstante os cientistas terem

zzzzzz zzzzzz

63. Indique a fórmula molecular para cada uma das estruturas

1

68. (PUC-MG) Relacione a fórmula, forma geométrica e polaridade a seguir, assinalando a opção correta.

249

7

s a ic m í u Q s e o ç a ig L 6 O L U T Í P A C

a) Fórmula – CO2; forma geométrica – linear; polaridade – polar. b) Fórmula – CCl4 ; forma geométrica – tetraédrica; polaridade – polar. c) Fórmula – NH3 ; forma geométrica – piramidal; polaridade – apolar. d) Fórmula – BeH2 ; forma geométrica – linear; polaridade – apolar.

e) Piramidal, angular, linear, piramidal, angular, tetraédrica. 72. (PUC-SP) Qual das substâncias a seguir tem molécula linear e apresenta ligações duplas? a) HCl. c) N2. e) NH3. b) H2O. d) CO2.

73. É possível afirmar que a ligação metálica:

), conhecido também por 69. (Vunesp) O dióxido de carbono (CO 2

gás carbônico, é um óxido formado por átomos com diferentes valores de eletronegatividade. Com base nessas informações;

a) Pode ocorrer em metais ou em ametais. b) Possuem átomos com energia de ionização muito alta. c) Possui átomos ordenados formando retículos

a) Explique por que a molécula de CO2 é classificada: como apolar. b) Monte a fórmula estrutural do CO2, indicando os momentos dipolares de cada uma das ligações, e calcule o momento dipolar resultante.

cristalinos. d) Possui os elétrons da camada de valência fracamente ligados ao núcleo. e) Tem íons positivos e negativos que se juntam formando estruturas eletricamente neutras.

70. (UFRGS) As substâncias SO2 e CO2 apresentam moléculas 74. A ligação metálica ocorre entre metais e metais, é considerada

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

que possuem ligações polarizadas. Sobre as moléculas dessas substâncias, é correto afirmar que: a) Ambas são polares, pois apresentam ligações polarizadas. b) Ambas são apolares, pois apresentam geometria linear. c) Apenas o CO2 é apolar, pois apresenta geometria linear. d) Ambas são polares, pois apresentam geometria angular. e) Apenas o SO2 é apolar, pois apresenta geometria linear.

muito importante em nosso dia a dia. A este respeito, considere C para as alternativas corretas e E para as erradas. 1) Sólidos que apresentam este tipo de ligação são altamente solúveis em água. 2) Nesta ligação, átomos positivamente carregados são rodeados por elétrons livres.

3) Na estrutura de anéis de ouro, os átomos interagem por esse tipo de ligação química.

71. (FGV-2005 adaptada) O conhecimento das estruturas das moléculas um assunto bastante propriedades relevante, já que as formas das émoléculas determinam das substâncias como odor, sabor, coloração e solubilidade. As figuras abaixo apresentam as estruturas das moléculas CO2, H2O, NH3, CH4, H2S e PH3. o N H 1 H o H 2 H o C 3 H H H

4

C

H H

a) b) c) d)

H

S 5

H

H

P 6

4) Sólidos que representamelétrica. esse tipo de ligação apresentam baixa condutibilidade 5) O cloreto de sódio, sal de cozinha, tem sua estrutura perfeitamente explicada por esse tipode ligação.

75. As figuras a seguir representam dois tipos de ligações diferentes. A este respeito, considere C para as alternativas corretas e E para as erradas.

H H

As formas geométricas dessas moléculas são, respectivamente: Angular, piramidal, tetraédrica, linear, angular, piramidal. Piramidal, angular, tetraédrica, angular, linear, piramidal. Linear, angular, piramidal, tetraédrica, angular, piramidal. Tetraédrica, angular, piramidal, linear, angular, piramidal.

1) A primeira figura corresponde a um sólido com alta condutibilidade elétrica, mesmo no estado sólido. 2) A segunda figura corresponde a um condutor elétrico, apenas no estado sólido.

250

3) As ligações representadas nas figuras acima são metálicas e iônicas, respectivamente.

elétron livre

1 a d n o

4) A primeira figura é popularmente chamada de mar de elétrons, por possuir vários elétrons livres.

H e rg Jo

2

5) A segunda figura corresponde a um isolante elét rico quando sólido, mas condutor elétrico quando dissolvido em água. 3

76. Leia as seguintes afirmações sobre as características de sólidos que fazem ligações metálicas: I – Possuem alta energia de ionização.

4

II – Possuem alta condutibilidade elétrica. III – Consistem em um cátion rodeado por elétrons.

Com base nas informações e em seus conhecimentos adquiridos, julgue os itens a seguir:

IV – Os elétrons de valência estão fortemente presos aos átomos.

1) Nos metais, os elétrons de valência são fortemente ligados ao núcleo.

É possível afirmar apenas:

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

a) I e II.

c) II e III.

b) I e III.

d) II e IV.

5

6

2) Os metais são insolúveis em água e possuem baixa condutividade térmica.

e) III e IV.

3) Os metais possuem elevada condutividade elétrica, por possuirem muitos elétrons livres.

77. Os cabos elétricos possuem uma parte metálica, condutora de corrente elétrica, que podem ser constituí dos por um ou vários fios. O cobre (Cu) é preferencialmente usado. Ele é o melhor condutor elétrico e de calor depois da prata (Ag). O alumínio (Al) também pode ser usado; ele possui ainda a densidade muito inferior ao cobre. A este respeito, considere C para as alternativas corretas e E para as falsas.

4) A maior parte da tabela periódica é constituída por elementos classificados como metais. 5) A maior parte dos metais tem elevada condutividade elétrica e encontra-se sólido à temperatura ambiente.

79. (UFRN) Um estudante, analisando as substâncias químicas 1, 2 e 3, observou as seguintes propriedades:

1) Embora a prata seja melhor condutora, empecilhos financeiros atrapalham sua utilização.

1 Insolúvel em água

2) Fios de alumínio possuem alta condutibilidade elétrica, pois há muitos elétrons livres em sua estrutura.

2 dissociada

3) Os fios de cobre podem ser substituídos por materiais iônicos, pois estes também conduzem eletricidade.

4) A reciclagem de material metálico é dificultada, pois seu tipo de ligação torna-o pouco maleáveis.

Totalmente em água

Não condutor Baixa de de eletricidade temperatura fusão

Sólido a 25 °C

Bom condutor Elevada de eletricidade temperatura de quando fusão fundido

Sólido a 25 °C

de Parcialmente Condutor eletricidade em meio em água aquoso

3 dissociada

Baixa temperatura de ebulição

Líquido a 25 °C

Com base nos resultados obtidos, o estudan te concluiu que

78. Nenhuma teoria convencional de ligações químicas é capaz de justificar as substâncias metálicas. Investigações indicam que os sólidos metálicos são substâncias de um arranjo regular de íons positivos, no qual os elétrons das ligações estão apenas parcialmente localizados, assim como ilustrados na imagem a seguir. Isto significa dizer que se tem um arranjo de íons metálicos distribuídos em um ‘‘mar’’ de elétrons móveis.

251

as ligações químicas predominantes nas substâncias 1, 2 e 3 são, respectivamente, a) Iônica, covalente e metálica. b) Covalente, covalente e iônica. c) Covalente, metálica e covalente. d) Covalente, iônica e iônica. e) Covalente, iônica e covalente.

7

s a ic m í u Q s e o ç a ig L 6 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Revisão para a prova

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. Lá pelos idos de 1884, estudando soluções que conduzem eletricidade, Sv ante August Arrhenius deu o nome de íons a determinadas partículas que se movimentavam em direção a um polo elétrico, positivo ou negativo. Muitas das suas observações favoreceram extraordinários serviços para o avanço da Química no campo dos novo materiais. A respeito dos conceitos estudados por Arrhenius, consider e C para as afirmativas corretas e E para as erradas. 1) Os eletrólitos são substâncias constituídas por íons, os quais se movimentam livremente, quando dissolvidos em água. 2) Íons são átomos ou grupos de átomos que ganharam ou perderam elétrons, ficando eletricamente carregados, e que, se unindo, formam substâncias iônicas. 3) Todas as substâncias iônicas são formadas por cátions e ânions. E o total de cargas positivas (ânions) é igual ao de negativas (cátions). Logo, as substâncias são eletricamente neutras. 4) As forças eletrostátic as (de atração e repulsão) existentes nas substâncias iônicas fazem com que os íons sejam arranjados de forma organizada: ao redor dos cátions estão ânions e ao redor dos ânions estão cátions. Essa organização é denominada rede cristalina ou retículo cristalino. 5) O formato do retículo cristalino independe do tamanho dos íons e de sua carga.

apresenta a carga assumida pelos átomos dos elementos representativos.

CARGAS COMUMENTE ASSUMIDAS POR ÁTOMOS DOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS Grupo

1

2

Carga

XZYTSOP

13

14

15

16

17

formadas por átomos isolados, mas, sim, por conjuntos de átomos ligados entre si. Quando dois átomos se aproximam, ocorrem processos de atração e de repulsão. A atração de átomos por elétrons pode ser medida pela eletronegatividade ou afinidade eletrônica. A respeito da formação dos íons, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) As forças de atração e repulsão eletrostáticas não dependem do tamanho e das cargas dos átomos. 2) A formação de íons é dada pela igualdade de eletronegatividade entre átomos. 3) As forças de atração e repulsão das partículas atômicas não explicam todos os tipos de ligação química, pois existem outros modelos. 4) Com a formação dos íons, passa a existir atração eletrostática entre essas espécies químicas: íons

A respeito das características dos elementos químicos e suas posições na tabela periódica, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Os átomos de elementos representativos do mesmo grupo possuem a mesma quantidade de elétrons no último nível energético e, por isso, formam o mesmo tipo de ligação. 2) Átomos de elementos dos grupos 1 e 2, classificados como não metais, tendem a perder elétrons, formando cátions. 3) Átomos dos grupos 15, 16 e 17, classificados como metais, tendem a ganhar elétrons, formando ânions. 4) Os representativos do grupo 13 formam íons do tipo cátions com carga 3+. 5) Os representativos do grupo 1 formam íons do tipo cátions com carga 3+. 6) Os representativos do grupo 16 formam íons do tipo ânions com carga 3-. 7) Os representativos do grupo 2 formam íons do tipo cátions com carga 2+. 8) Os valores das cargas correspo ndente às letras representadas por X, Z, Y e T são respectivamente 1+, 2+, 3+ e 4+. 4. As substâncias que não conduzem eletricidade, nem mesmo quando dissolvidas em água, não são constituídas por íons, mas por espécies eletricamente neutras. Portanto, na interação entre os átomos constituintes dessas substâncias, não há transferência de elétrons. Essa característica é indício de que essas substâncias realizam um tipo de interação atômica denominada ligações covalentes. A respeito das característi cas das ligações covalentes, considere os itens marcando C para os corretos e E

positivos (cátions) atraem íons negativos (ânions). Essa interação entre cátions e ânions é denominada ligação metálica. 3. Na hora de estudar as ligações químicas entre átomos de diferentes elementos, a tabela periódica é uma ferramenta imprescindível. É nela que encontramos informações sobre as características e as propriedades dos átomos dos diferentes elementos químicos. Observe a tabela que

para os errados. 1) Nas ligações covalentes há transferência de elétrons de um átomo para outro, ou seja, o elétron de cada átomo de hidrogênio continua atraído por seu respectivo núcleo, numa eletrosfera compartilhada pelos átomos. 2) Em geral, a ligação covalente ocorre entre átomos dos elementos representativos dos grupos 14 a 17 (de quatro a sete elétrons na camada de valência).

2. As substâncias, com exceção dos gases nobres, não são

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D L N P O Ã Ç A G L U IV D

3) As ligações covalentes ocorrem entre átomos de não metais somente. 4) Na ligação covalente simples há compartilhamento de um par de elétrons srcinários dos dois átomos ligantes. 5) Ligações iônicas são mais vantajosas para os átomos, do ponto de vista energético. 6) As ligações entr e os dois átomos de oxigên io e um de carbono CO 2 (O=C=O) há compartilhamento de dois pares de elétrons denominadas ligações covalentes duplas. 7) Átomos de nitrogênio no HNO 3, fósforo no H 3PO 4, cloro no HClO4 fazem ligação covalente coordenada. 5. Para representar as substâncias, os químicos possuem uma linguagem própria, assim como as demais ciências. No cas o das substâncias, temos representações que se denominam fórmulas. Todas as substâncias possuem fórmulas. A respeito das fórmulas e seus tipos, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) A representação de Lewis é útil para mostrar a configuração eletrônica dos átomos constituintes das substâncias e indicar se estão de acordo com a regra do octeto. Nela podemos representar os elétrons na última camada e as ligações que são estabelecidas entre os átomos. 2) No caso das ligações covalentes, temos uma fórmula para representar as moléculas: os pares de elétrons compartilhados são substituídos por barras e os elétrons não compartilhados não são representados pela denominada fórmula estrutural.

3) H – C = N esta é a fórmula molecular do ácido cianídrico.

4)

A fórmula estrutural representada nos indica que o nitrogênio da molécula realiza duas ligações coordenadas e uma dupla.

6. Todas as substâncias são formadas por átomos de elementos químicos, que estão isolados ou combinados por meio de ligações químicas. O átomo isolado ou o conjunto de átomos que caracteriza a substância é denominado constituinte e é representado por uma fórmula química. A respeito dos constituintes amoleculares, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Nas substâncias iônicas, os átomos estão isolados e independentes. 2) A definição de molécula é entidade constituída por um número definido de átomos, que têm existência independente.

3) Fórmulas moleculares são representações dasfórmulas de substâncias cujos constituintes são amoleculares. 4) Fórmulas moleculares expressam o número total de cada tipo de átomo unido na estrutura química e podem ser simplificadas. Assim, a fórmula molecular da água oxigenada, que é H2O2, pode ser simplificada para HO. 5) Os constituintes das substâncias iônicas ou amoleculares, formam redes contínuas e não possuem existência independente, ou seja, não se apresentam como entidades isoladas; os átomos estão todos interligados com os átomos vizinhos. 6) Os constituintes das substâncias amoleculares são representados por fórmulas mínimas, que indicam a relação mínima entre átomos.

7. O carbono é um elemento químico que possui a propriedade curiosa de apresentar diferent es formas alotrópicas, ou seja, formar diferentes substâncias simples com organizações cristalinas diferentes. A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) No fulereno, os átomos de carbono se ligam a diversos átomos vizinhos, mas forma-se uma estrutura final, que é delimitada por 60 átomos de carbono que caracterizam uma entidade isolada: a molécula de fulereno. 2) No diamante e no quartzo, as ligações entre os átomos são contínuas e não há formação de uma entidade isolada. Os seus constituintes são chamados constituintes moleculares. 3) Substâncias que têm ligações covalentes também podem apresentar redes cristalinas. Essas substâncias são denominadas reticul ares, como é o caso do c arbono na substância grafite. 4) Os átomos de carbono estão ligados a todos os átomos vizinhos no grafite, o que torna seus constituintes moleculares. 8. Na ligação covalente não há formação de íons, porém em muitas substâncias, apesar de os átomos não terem perdido nem ganhado elétrons, as cargas elétricas não sã o distribuídas de forma homogênea, fazendo com que partes distintas das moléculas fiquem positivas e outras negativas. A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) As moléculas que possuem cargas elétricas deslocadas são denominadas apolares. 2) As moléculas que não possuem cargas elétricas deslocadas são denominadas polares.

253

3) Não é possível fazer a determinação da polaridade das moléculas, somente se tiver aparelhos específicos para isso.

1

2

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6

7

s a ic m í u Q s e o ç a ig L 6 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

4) As forças que atuam n as moléculas decorrem da existência dos polos, que derivam da distribuição de cargas elétricas resultantes do formato espacial das moléculas.

4) Quando se tem átomos ligantes com diferentes valores de eletronegatividade, o átomo de maior eletronegatividade atrai o par de elétrons compartilhado para perto de si, gerando uma polarização da molécula. 5) As ligações, nas quais ocorrem compartilh amentos desiguais de elétrons entre os átomos ligantes, são denominadas ligações covalentes polares. 6) Na molécula de (HCl) ocorre uma ligação covalente apolar, pois o cloro, mais eletronegativo que o hidrogênio, atrai os elétrons em sua direção criando um acúmulo de carga negativa do seu lado e um acúmulo de carga positiva no lado do hidrogênio. 7) A ligação química é predominantemente covalente ou predominantemente iônica. A divisão entre esses dois tipos de caráter da ligação – iônico e covalente – pode ser marcada pela diferença de eletronegatividade de aproximadamente 1,7.

9. A “Teoria da repulsão entre os pares de elétrons da camada de valência”, permite prever a g eometria mo lecular. Ela foi proposta em 1950, por dois químicos, Ronald J. G illespie, canadense, e Ronald Sydney Nyholm, australiano. Tal informação é muito importante para as sínteses de novos materiais pois, esse conhecimento favorece entender propriedades dos materiais que são fundamentais. Atualmente, é possível escolher características do material, fazendo uma análise da geometria molecular no computador, analisar as propriedades do material a ser desenvolvido e depois par tir para a síntese no laboratóri o. A respeito dos fundamentos da teoria de repulsão, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Os elétrons de valência, que participam da ligação covalente, são denominados ligantes. 2) O átomo que se une a outros é denominado átomo central. 3) Os átomos que se ligam ao átomo central ficam distribuídos aleatoriamente. 4) O dióxido de carbono, CO2, possui 4 pares de elétrons ligantes e a geometria da molécula é angular. 5) O gás amônia, NH 3, possui 3 pares de elétrons ligantes e 1 par de elétrons não ligantes, a geometria da molécula é trigonal plana.

11. Os metais são materiais interessantes e de muita utilidade

6) O gás metano, CH 4, possui 4 pares de elétrons ligantes, a geometria da molécula é tetraédica. 10. O químico estadunidense Linus Carl Pauling observou que os átomos dos elementos químicos apresentavam diferentes intensidades de atração sobre os pares eletrônicos em ligações covalentes. Essa diferença de intensidade, responsável por diversas propriedades químicas e físicas das substâncias, foi denominada eletronegatividade, cujos valores não são absolutos. Eles representam a diferença comparativa entre as intensidades dos átomos participantes de uma ligação covalente ao atrair elétrons ligantes. Considerando a eletronegatividade nas ligações químicas, julgue os itens, considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Os átomos que possuem maior eletronegatividade são aqueles que têm maior tendência a atrair os elétrons das ligações covalentes das quais participam. 2) Em uma molécula de hidrogênio (H2) não há formação de polos elétricos entre eles, assim temos uma ligação covalente polar. 3) Na ligação entre dois átomos de igual eletronegatividade, os elétrons são compartilhados igualmente pelos dois átomos e há um equilíbrio de elétrons na região ao redor dos núcleos. 254

para todos nós. Uma indústria que se beneficia dos metais é a siderúrgica que trabalha basicamente na fabricação de aço. Mas também temos outras indústrias, como as metalúrgicas, que se beneficiam fabricando utensílios de metais. Ambas necessitam de conhecimentos químicos, para prover seu sustento e beneficiar os diferentes tipos de metais que usamos em nossa sociedade, pois conhecer as moléculas as propriedades delas. das substâncias favorece conhecer A respeito das ligações metálicas, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Nos materiais metálicos, os átomos estão organizados como sólidos covalentes. 2) Nos metais,os átomos são organizados num retículo cristalino, dependentes do raio e da carga nuclear dos átomos envolvidos. 3) Os átomos metálicos vão interagir de modo que o núcleo de cada átomo atraia os elétrons menos externos de seus vizinhos; como átomo são diferentes, as interações acontecem em todas as direções. 4) Nos metais, os elétrons da camada de valência são fracamente atraídos por seu núcleo e por isso apresentam um grau de liberdade que permite a eles transitar facilmente entre os átomos do material, um modelo teórico conhecido como “mar de elétrons”. 5) A baixa condutibilidade elétrica dos metais acontece porque os elétrons não são compartilhados com todos os átomos, som ente com a matriz do metal, que vai ser determinada conforme a qualidade dele.

Substâncias: interações e propriedades

ck o str e tt u h S y/i l si a V v e h s u rk e M

7 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

A água está presente na maior parte dos seres vivos e é solvente muito usado em reações químicas.

1 2 3

PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS FORÇAS INTERMOLECULARES ÁGUA E VIDA

255

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S 7 O L U T Í P A C

1 Propriedades das substâncias ck to S r e tt u h S

As propriedades das substâncias como o estado de agregação (sólido, líquido e gasoso) em que se encontra dependem dasinterações entre as partículas de seus constituientes (moléculas, íons, átomos demetais).

N D L N P O Ã Ç A G L U IV D

o estudo da Química, estamos interessados em compreender as propriedades das substâncias e suas interações na formação de novas substâncias. O entendimento tanto das propriedades como das interações entre as substâncias abrange a compreensão da natureza de seus constituintes. Daí o porquê de os químicos se aprofundarem na elaboração de modelos dos constituintes das substâncias, pois é com esses modelos que podem fazer previsões do comportamento químico das substâncias. Nesse sentido, podemos dizer que o estudo central da Química está em investigar as interações entre os constituintes das substâncias e a relação entre essas interações e as propriedades das substâncias. Os constituintes são extremamente minúsculos e não são encontrados PARE E PENSE isolados. Uma molécula isolada de H2O não é água, pois água é uma substância que tem propriedades manifestadas pela interação entre várias moléculas de Por que será que na temperatura H2O. Uma molécula isolada de H2O não congela, não ferve, não dissolve o sal, ambiente, algumas substâncias se não extingue o fogo, não se decompõe em molécula de gás hidrogênio (H2) e apresentam na forma sólida, outras molécula de gás oxigênio (O2). Ocorre, porém, que todas essas propriedades na forma líquida e outras na forma físicas e químicas da água são devidas às interações entre as moléculas de gasosa? H2O que compõem a água. Se as interações entre as moléculas fossem muito Por que algumas se fracas, a água seria um gás na temperatura média anual de nosso planeta, dissolvem em águasubstâncias e outras em lembrando que em muitas regiões ela se apresenta na fase sólida. substâncias oleosas? Em razão de os constituintes das substâncias estarem interagindo com constituintes de outras substâncias próximas, é que temos de nos preocupar com todo material que é inserido no ambiente. Qualquer produto químico jogado na pia vai interagir com a água e as demais substâncias dos cursos aquáticos, nos quais a água da pia vai parar, provocando mudanças no meio biótico, produzindo novas substâncias com essas interações, as quais vão, de alguma forma, alterar o equilíbrio do ambiente. Vamos conhecer, neste capítulo, a natureza dessas interações e como elas afetam propriedades da diversidade de materiais que compõem o Universo, estudando, em particular, as propriedades da água relacionadas às interações entre suas moléculas e demais substâncias que com elas interagem. Dessa forma, entenderemos as propriedades da água, que explicam a sua relação com a vida em nosso planeta.

Fases sólida, líquida e gasosa das substâncias e interações entre seus constituintes Em Química, chamamos fase da matéria a forma com que esta se apresenta em aparência uniforme no que se refere à composição química e ao estado físico. Como você já sabe, as três fases características da matéria são: sólida, líquida e gasosa. Essas se apresentam com aparências e propriedades bem diferentes. Várias substâncias se dissolvem na água, formando fases aquosas com propriedades diferentes em termos de coloração, densidade, condutibilidade elétrica etc. Já outras substâncias que não se dissolvem em água, se dissolvem em álcool ou em óleos e formam fases alcoólicas e oleosas com propriedades diferentes das soluções aquosas. As substâncias que se encontram nas fases mais condensadas da matéria são caracterizadas pela presença de interações mais fortes entre os seus constituintes. A maioria dos sólidos tem constituintes amoleculares, os quais são 256

formados por retículos constituídos por redes de ligações entre os constituintes. Por causa dessas ligações, a maioria dos sólidos apresenta uma ordenação entre átomos que estão dispostos em arranjos regulares pela rede de ligações que as constituem. Esses sólidos, chamados sólidos cristalinos, apresentam superfícies planas bem definidas (faces dos cristais) dispostas entre si e com ângulos bem definidos. Denominamos cristal a todo material sólido cujas partículas (átomos, íons ou moléculas) seencontram regularmente organizadas no espaço, segundo determinado arranjo geométrico.

1

yr ra ib L to o h P e c n ie c S / d n o B n tir a M

O que determina a consistência de materiais naturais, como a água e a rocha, ou de materiais artificiais, como a massa de um bolo, são as interações entre seus constituintes.

ij u Y J.

Organização cristalina do quartzo

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ji u Y J.

Arranjo geométrico do cristal de sulfato de cobre – triclínico

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α

β

6

c

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

7

 b a

Os cristais de quartzo são constituídos por uma redecristalina da sílica (SiOda ), com os átomos esquema estrutura acima.ordenadamente arranjados, como mostra o 2

abc 

Os cristais de sulfato de cobre têm lados e ângulos diferentes; sua forma geométrica édenominada triclínica.

Há, contudo, casos de sólidos que, apesar da interação forte entre os constituintes que os mantêm em fase condensada (mais agregada), não apresentam estruturas ordenadas. Esses são sólidos amorfos, como a manteiga, os plásticos, as borrachas e o vidro. ij u Y J.

o d a st E a ci n ê g /A o l e cr a M

Arranjo desordenado da sílica no vidro

so s a T tit u m e D yl e H

O vidro obtido com base no aquecimento do óxido de silício é um exemplo típico de umsólido amorfo.

Na estrutura de umsólido amorfo, a organização dos átomos não é regular.

257

O L E C R A M O S S A T

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S 7 O L U T Í P A C

Consulte as normas de segurança no laboratório, na última página deste livro.

Atividade Experimental Como produzir um cristal?

Se você observar bem o sal grosso, aquele usado para churrasco, notará que é formado por pedrinhas, ou melhor, pequenos cristais. Vamos realizar uma atividade para obter cristais de tamanho maior, o que nos permitirá uma melhor observação de suas características. Esse experimento poderá ser feito em grupo ou individualmente, em casa ou na própria sala de aula.

Materiais Béqueres de 300 mL (ou copos de vidro) Colher de sopa Bastão de vidro (ou colher) Cloreto de sódio (NaCl – sal de cozinha) Placa de Petri (ou pires) Linha fina e palito de picolé Água destilada (pode ser encontrada em postos de gasolina e farmácias. Na falta, pode-se usar água filtrada)

Procedimento D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1. Dissolva duas colheres de sopa de cloreto de sódio em cerca de 50

mL de água destilada quente. 2. Transfira a solução para uma placa de Petri e deixe-a em repouso,

em temperatura ambiente, em local limpo e arejado. 3. Após dois ou três dias, verifique se já ocorreu a formação de cristais

4. 5.

6. 7. 8. 9.

no fundo do recipiente. Separe os maiores, escolha um deles e amarre em uma das pontas um fio de linha, prendendo a outra ponta no meio de um palito de picolé. Dissolva o restante dos cristais obtidos em 200 mL de água destilada. Coloque o cristal amarrado na linha dentro da solução, para que fique pendurado e não toque no fundo do béquer, como mostra a figura ao lado. Deixe o material em repouso por mais ou menos duas semanas, evitando trepidações e poeira. Compare os seus cristais com os dos seus colegas. Desenhe a forma geométrica do cristal de sal. Se desejar, repita o procedimento com outras substâncias iônicas existentes em sua escola, por exemplo, o sulfato de cobre.

s n o m m o C e vi t a e r /C s k c a sn le d o o N

Destino dos resíduos Os melhores cristais obtidos podem ser guardados pelo seu professor em frascos de vidro, para exposição no laboratório, e os sólidos não cristalizados para reutilização em outras práticas. devem ser recolhidos em frascos limpos e secos, devidamente rotulados

Análise de dados 1. Explique por que o sal cristalizou nas condições em que você desenvolveu o experimento. 2. Comparando o seu cristal e os outros produzidos, quais são as semelhanças e quais são as diferenças? 3. Observando a forma dos cristais formados pelo cloreto de sódio, proponha um modelo para a organização de seus íons.

258

Quando sólidos iônicos são formados lentamente e sem mudanças bruscas no ambiente em que se encontram, os íons agrupam-se de maneira organizada. Os cátions e os ânions ficam rodeados da espécie de carga oposta, resultando em formas cristalinas bem definidas e organizadas. No processo de cristalização, formam-se, inicialmente, pequenos cristais, aos quais os demais íons tendem a se agrupar. A esse processo, os químicos chamam crescimento de cristais.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ry ra b iL o t o h P e c n e ic /S F S M / a b e u rT r e vi Ja

Metal

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3

4

Naturalmente, muitosquesólidos são a formados em condições favorecem formação de cristais grandes e perfeitos. Como exemplo, podemos citar as pedras preciosas, formadas de modo lento em diferentes camadas do subsolo, em condições de temperatura e pressão altas. Os sólidos podem ser classificados quanto ao tipo de ligações entre os seus constituintes. Assim, temos: Sólidos metálicos: são constituídos por átomos de metais unidos por uma nuvem de elétrons, resultante da menor atração dos núcleos pelos elétrons mais externos e menos energéticos. No sólido metálico, as unidades doretículo cristalino são os átomos, e a ligação que os mantêm agregados nessa fase é a metálica, que é bastante forte, fato que explica a elevada temperatura de fusão desses sólidos. Exemplos: cobre, ouro e alumínio. Sólidos iônicos: são constituídos pela interação eletrostática entre cátions e ânions. A ligação iônica é muito forte, o que justifica a elevada temperatura de fusão dos sólidos de suas substâncias. Exemplos: cloreto de sódio, nitrato de potássio e sulfato de cálcio. Sólidos covalentes: formados por constituintes amoleculares mantidos unidos por ligação covalente entre os átomos vizinhos do retículo cristalino. Como os sólidos iônicos e metálicos, formam uma rede tridimensional contínua que se prolonga até o limite físico do sólido. Exemplos: grafite, diamante e enxofre. Sólidos moleculares: são sólidos mantidos por moléculas, as quais se unem nessa fase sólida por forças intermoleculares. Nesse caso, as ligações covalentes estão presentes entre os átomos da molécula, mas não entre as moléculas. As forças de coesão entre as moléculas são mais fracas do que as das ligações iônica e metálica, por isso esses sólidos possuem temperatura de fusão mais baixa. Exemplos: açúcar, naftaleno e ácido bórico. i tt u m e D yl e H

1

i tt u m e D yl e H

Sal

Na Caverna dos Cristais, sob o deserto de Chihuahua, no México, encontram-se os maiores cristais de gipsita (ou gesso) do mundo. Cristais com tamanho que pode ultrapassar os 10 m de comprimento, começaram a ser formados há cerca de 600 mil anos a partir do lento depósito de sulfato de cálcio dissolvido em água. A queda da temperatura da água, mais ou menos há meio milhão de anos, para cerca de 58 ºC, forneceu condições adequadas para a formação dos cristais de selenita.

Existem diferentes tipos de l igações entre átomos constituintes dos sólidos: nos metais, há ligação metálica; nos sólidos iônicos, como os sais, ligação iônica; nos sólidos covalentes, como a grafite, ligação covalente; e nos sólidos moleculares, como no açúcar, forças intermoleculares. i tt u m e D ly e H

Grafite

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i tt u m e D ly e H

Açúcar

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As substâncias encontradas na fase líquida são constituídas por moléculas e o que as mantêm unidas são forças intermoleculares. Também na fase gasosa, encontramos substâncias constituídas por moléculas. Em princípio, o comportamento dos gases deveria seguir o previsto pela equação geral dos gases (equação do gás ideal): sem interação entre as moléculas. No entanto, medidas experimentais demonstram que essas interações não estão totalmente ausentes, como previsto por essa equação. Essas interações intermoleculares, embora fracas, interferem no comportamento dos gases, daí o porquê do desvio do comportamento previsto. Considerando, portanto, a importânciadas forças intermoleculares no comportamento das fases líquidas e gasosas, vamos ver a seguir como elas ocorrem.

Solubilidade e interações entre constituintes em fases aquosas e gordurosas Vejamos a diferença entre as interações de moléculas de água e de moléculas de substâncias oleosas. Para isso, faça a atividade experimental a seguir antes de prosseguir. Consulte as normas de segurança no laboratório, na última página deste livro.

Atividade Experimental Por que alguns materiais se misturam e outros não? D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Desde aquela primeira Feira de Ciências que você participou na pré-escola, já deve saber que, se colocarmos água e óleo em um mesmo recipiente, teremos duas fases. Mas será que hoje vocêabe s explicar por que issoacontece? Para responder a essa questão, vamos partir da observaçãoexperimental para elaborar um modelo que explique esse comportamento das substâncias.

Materiais 10 béqueres de 200 mL (ou copos) Refrigerante colorido

Vaselina ou parafina líquida Óleo de soja

Sal de cozinha

Vinagre branco

Procedimento

Colherzinha descartável

1. Faça no caderno uma tabela comoa apresentada a seguir e complete a última coluna à medida que for realizando os testes.

Material 1 (colocados no béquer até metade do volume)

Refrigerante Refrigerante Refrigerante Refrigerante Óleodesoja Óleodesoja Óleodesoja Vinagre Vinagre Vaselinaouparafina

Material 2 (adicionado ao material do béquer – uma colher de café)

Saldecozinha Óleodesoja Vinagreouparafina Vaselinaouparafina Saldecozinha Vinagre Vaselinaouparafina Saldecozinha Vaselinaouparafina Saldecozinha

Misturam-se z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z z

2. Coloque refrigerante em um béquer até a metade de seu volume e adicione uma colher de café de sal de cozinha. Agite

bem. Observe se os materiais se misturam ou não e anote na tabela do caderno.

260

3. Repita o procedimento anterior com cada mistura de materiais da tabela anterior. A cada material da primeira coluna co-

1

locado até a metade do volume do béquer, junte uma colher de café do material indicado na segunda coluna. Agite bem e anote na tabela se eles se misturam ou não.

Destino dos resíduos

2

1. O óleo e a vaselina ou a parafina utilizados não podem ser descartados na pia. Eles devem ser separados por decanta-

ção para utilização em outros experimentos. 2. Os demais resíduos podem ser descartados na pia.

3

Análise de dados

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Os testes realizados apresentam bom exemplo do comportamento de substâncias iônicas e moleculares, quando são colocadas 4 em contato. O cloreto de sódio tem o comportamento típico das substâncias iônicas. Já o óleo de soja, o vinagre e a vaselina são materiais cujos principais componentes são substâncias moleculares. A água (contida na solução de refrigerante) também é uma substância molecular. Com base nessas informações e nos dados obtidos em sua tabela, procure responder às questões a seguir. 5 1. Classifique os materiais testados quanto à dissolução em água, dividindo-os em dois grupos. 2. Quais materiais conseguiram dissolver o sal de cozinha? 3. Os materiais moleculares apresentam o mesmo comportamento com relação à dissolução? 6 4. Classifique os materiais moleculares usados no experimento (água, óleo de soja, vaselina ou parafina e vinagre) em dois grupos, de acordo com seus comportamentos. 5. Qual dos dois grupos tem comportamento semelhante ao do sal de cozinha? 7 6. Considerando que o sal de cozinha é uma substância iônica, que diferença deve existir entre os dois grupos de materiais moleculares que você classificou no item anterior, de tal modo que um permita a separação dos íons do cloreto de sódio e o outro não? 7. Ocorre ou não dissolução entre materiais moleculares de um mesmo grupo de sua classificação? E entre os dos grupos diferentes? 8. Que conclusões você pode extrair desse experimento?

A atividade anterior nos mostra que há dissolução de cloreto de sódio (substância iônica) em água (substância molecular), mas a água não dissolve o óleo (outra substância molecular). Observamos também que uma substância molecular, como a água, pode não dissolver outra substância molecular, como as substâncias oleosas. Como explicar esses diferentes comportamentos? O que as moléculas de água devem ter de diferente das moléculas de substâncias oleosas que faz com que elas não se dissolvam entre si? Uma possível diferença entre as substâncias moleculares está na distribuição de cargas elétricas em suas moléculas. Enquanto certas moléculas apresentam suas cargas elétricas distribuídas de forma homogênea, outras apresentam distribuições diferenciadas. Substâncias e materiais, cujas moléculas apresentam distribuição homogênea, são denominados apolares (por exemplo, substâncias oleosas), enquanto substâncias e materiais, cujas moléculas apresentam distribuição heterogênea, são denominados polares (por exemplo, água e álcool). A distribuição homogênea de cargas nas moléculas favorece certas interações entre elas, enquanto a distribuição heterogênea de cargas nas moléculas favorece outros tipos de interações. Com base nessas interações, há uma regra geral simples que permite prever as diferenças de solubilidade:

Substâncias polares dissolvemsubstâncias polares; substâncias apolares dissolvem substâncias apolares; e substâncias polares dificilmente dissolvem substâncias apolares. Solventes moleculares polares, como a água, também podem dissolver substâncias iônicas (cloreto de sódio). No caso de substâncias moleculares, deve-se considerar a diferença de polaridade de suas moléculas. Substâncias de baixa polaridade dissolvem melhor outras de baixa polaridade e as muito polares dissolvem melhor outras também muito polares. Substâncias de polaridade média podem ser dissolvidas parcialmente em solventes muito ou pouco polares. 261

it t u m e D ly e H

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S 7 O L U T Í P A C

Todas as provetastêm água (fase superior) e tetraclorometano (fase inferior). À segunda proveta foi adicionado sulfato de cobre (CuSO , 4 substância iônica) e à terceira adicionou-se bromo (Br2). Enquanto os íons de sulfato de

cobre se dissolvem na água, as moléculas de bromo se dissolvem no tetraclorometano (também conhecido como tetracloreto de carbono).

Essa regra da Química é utilizada em situações cotidianas. Alguns dos derivados do petróleo, como querosene, benzina, gasolina e óleo diesel, por serem apolares, misturam-se entre si e dissolvem outras substâncias apolares. Um exemplo comum é o uso do querosene pelos mecânicos de automóveis para remover graxa das mãos. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

i tt u m e D yl e H

Não adianta lavar a mão suja de graxaom c água, que é uma substância polar. O mecânico usagasolina ou querosene, substâncias apolares, para dissolver a graxa, que também é apolar.

O álcool comum é um solvente polar bastante utilizado no dia a dia. O etanol (álcool comercial – CH3CH2OH) é utilizado, entre outras coisas, para esterilizar objetos. Ele mistura-se com a água em qualquer proporção e dissolve-se bem em gasolina. Por isso, é possível utilizá-lo como combustível misturado à gasolina. Veja que as soluções aquosas são fases da matéria que possuem substâncias iônicas ou moleculares polares dissolvidas em água, enquanto soluções lipídicas são fases em que se encontram substâncias moleculares apolares dissolvidas em óleos ou gorduras. A compreensão da relação entre a solubilidade das substâncias e a polaridade de suas moléculas está relacionada ao estudo das forças intermoleculares apresentado a seguir. 262

2 Forças intermoleculares

1

ou forças de Van Der Waals 2

A

gora podemos entender os modelos que explicam a natureza das forças que existem entre as moléculas nas fases sólida, líquida e gasosa e que explicam propriedades como a solubilidade das substâncias. No capítulo anterior, estudamos as ligações que ocorrem entre os átomos constituintes das substâncias, ou seja, entre íons, entre átomos ligantes em uma ligação covalente e entre metais. Agora vamos ver as interações que ocorrem entre os constituintes, ou seja, entre moléculas. Lembremos que as

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ligações iônicas e metálica indefinidamente entre todosasosligações íons e metais, formando uma redeocorrem contínua. Já no caso de moléculas, covalentes ocorrem somente entre os átomos ligantes que constituem a molécula, ou seja, no interior da molécula. As forças intermoleculares são entre moléculas, ou seja, são externas à molécula. Essas forças são mais fracas do que as ligações iônica e covalente, ou seja, precisa-se de mais energia para romper ligações iônicas e covalentes, do que para romper ligações intermoleculares, por exemplo, na passagem do estado líquido para o gasoso. Apesar de as moléculas serem constituídas por átomos neutros, que não perdem nem ganham elétrons, vimos que em muitas há existência de dipolos elétricos permanentes e, como consequência, ocorrem interações elétricas entre elas. E as moléculas apolares? Como poderíamos explicar a atração entre tais moléculas quando as substâncias estãono estado sólido ou no líquido? Afinal, se não houvesse interações entre as moléculas, tais substâncias só existiriam no estado gasoso, o que não é verdade. As interações entre as moléculas, forças intermoleculares, são chamadas interações de Van der Waals , em homenagem ao cientista holandês Johannes D. Van der Waals [1837-1923], autor da formulação matemática que permitiu sua melhor compreensão. Van der Waals desenvol veu suas equações para prev er a atração entre moléculas no estado gasoso para gases reais, aperfeiçoando a equação de gases ideais. São essas atrações que fazem com que as moléculas, dependendo de condições de temperatura e pressão, tenham uma interação de forma mais forte, passando para a fase líquida ou sólida. Assim, para a mudança de fase do estado de agregação da matéria, é necessário romper as liga ções de van der Waals. Quanto maior a força de Can de Waals, força intermolecular, maior será a temperatura de fusão e de ebulição da substânci a. Atualmente, são descritos três modelos que explicam as forças intermoleculares, forças de Van der Waals: interações dipolo-dipolo induzido ou força de London, interações dipolo-dipolo e ligações de hidrogênio. Vejamos a seguir cada um desses tipos.

k c o t S /i th 5 n lo is p E

3

4

5

6

Em 1960, o cientista alemão Uwe Hiller sugeriu que a aderência das patas da lagartixa com qualquer superfície de uma parede se deve às forças atrativas entre as moléculas da parede e as da pata da lagartixa, denominadas forças intermoleculares ou força de de Van der Waals, o que foi demonstrado posteriormente em 2000, por outros pesquisadores. Essa explicação justifica o fato de

adesão da lagartixa ser a seco. Se fosse uma adesão úmida, com substâncias oleosas como se fosse uma “cola”, a lagartixa não conseguiria andar em superfícies molhadas e muito lisas. Graças a essa descoberta, os engenheiros puderam desenvolver novos tipos de adesivos.

O cientista holandês Van der Waals desenvolveu importantes estudos sobre as interações entre moléculas, as quais passaram a ser conhecidascomo interações de Van der Waals. 263

PARE E PENSE

O que você entende por força intermolecular?

yg lo o n h c e T d n a e c n ice S f o yr o t is H e h t f o yr ra iLb r e n ib D

7

Interações dipolo-dipolo induzido ou força de London

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S

Iodo (I2)

7 O L U T Í P A C

Dipolos induzidos em moléculas de iodo (I2).

Quando há a aproximação de duas ou mais moléculas, os elétrons de suas camadas de valência, incluindo os participantes de ligações covalentes, passam a ficar também sob a influência dos núcleos dosátomos das moléculas vizinhas. Dessa maneira, uma nova distribuição de cargas elétricas ocorre, provocando um deslocamento de cargas que poderá gerar um polo induzido, inexistente na molécula isolada. A existência desses dipolos, induzidos pela aproximação de outras moléculas, promove a atração entre elas. Assim, moléculas apolares como as de iodo (I 2), ao se aproximar, induzem a formação de dipolos instantâneos. Como resultado, esses dipolos permitem interações mais fortes entre as moléculas. Esse tipo de interação é chamado dipolo-dipolo induzido ou força de London, em homenagem ao físico estadunidense de srcem alemã, Fritz London [1900-1954], que primeiro as descreveu.

Interações dipolo-dipolo ji u Y J.

–

+

–

+

D L N P O Ã Ç + – + – A G L U gásInterações hidrogênio. dipolo-dipolo induzido no IV D

As moléculas polares, em virtude da distribuição de suas cargas elétricas, têm dipolos elétricos permanentes. Essa distribuição de cargas faz com que essas moléculas interajam umas com as outras, em consequência da atração eletrostática entre os dipolos opostos. Pode haver, ainda, a interação entre moléculas de dipolo permanente com moléculas de dipolo induzido. Dependendo dessas interações, é possível até que uma substância polar possa dissolver uma apolar. Um exemplo é a dissolução do iodo (I2) em água. Na realidade, as forças de London também ocorrem entre moléculas polares, pois essas forças se aplicam a todas as moléculas. No entanto, as interações dipolo-dipolo dependem da existência de polaridade permanente nas moléculas.

Ligações de hidrogênio Este tipo de interação intermolecular ocorre em substâncias que têm átomos de hidrogênio ligados a átomos de flúor, oxigênio ou nitrogênio. Nesses casos, em razão das grandes diferenças de eletronegatividade, essas ligações são muito polarizadas. Como consequência, átomos de hidrogênio ficam com carga parcial positiva e são atraídos por átomos de flúor, oxigênio ou nitrogênio (possuidores de pares de elétrons não ligantes) de moléculas vizinhas. Essas interações, do tipo dipolo-dipolo permanente, têm um grau Interação dipolo-dipolo das moléculas de ICl. de polarização mais acentuado, mantendo as moléculas unidas com maior intensidade. As propriedades das substâncias, como a temperatura de ebulição, estão relacionadas às forças intermoleculares, por exemplo, em geral, quanto Ligação de hidrogênio maior a força intermolecular, maior será a temperatura de ebulição. Logo, as substâncias que fazem ligação de hidrogênio possuem maior temperatura de ebulição do que as substâncias polares e das apolares.

As ligações de hidrogênio constituem interações dipolo-dipolo permanentes de grande intensidade. 264

Relação entre propriedades das su bstâncias e forças intermoleculares

1

Conforme o grau de polarização das moléculas, at nto nos dipolos permanentes como nos induzidos, a intensidade dessas interações entre as moléculas serámaior ou menor. A partir desse conhecimento podemos fazer várias previsões. Você mesmo já é capaz de fazer isso, veja como, realizando a atividade abaixo, antes de prosseguir a leitura.

2

Construção do Conhecimento

3

1. A temperatura de ebulição de substâncias apolares será maior ou menor do que a de substâncias polares? Por quê? 2. Sabemos que o oxigênio (O2), massa molecular 32 u, e o dióxido de carbono (CO 2), massa molecular 44 u, apresen-

tam-se como gases em temperatura ambiente, enquanto a água (H2O), massa molecular 18 u, se apresenta no estado líquido. Como você poderia explicar essa diferença pelas forças intermoleculares? 3. Em que estado físico se apresentaria a água a 25 °C, se ela fosse constituída por moléculas lineares? Justifique a resposta.

4

5

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

A passagem do estado líquido para o gasoso – ebulição – depende do rompimento das interações entre as moléculas, para que fiquem mais afastadas, em um estado de agregação em que as interações de Van der Waals serão desprezíveis. Obviamente, a quebra das interações de moléculas polares é mais difícil do que a de apolares. Todavia, deve-se observar que esse não é o único fator que afeta a temperatura de ebulição das substâncias. O tamanho e a massa das moléculas também são importantes para as interações intermoleculares. Por exemplo, em temperatura ambiente, existem substâncias apolares que são sólidas, como o iodo (I 2, massa molecular igual a 253,8 u, em que u é a unidade de massa atômica – grandeza usada pelos químicos para determinar a massa dos átomos e das moléculas), enquanto outras se apresentam líquidas, como o bromo (Br2, massa molecular igual a 159,8u), e outras, gasosas, como o cloro (Cl2, massa molecular igual a 71 u). Isso pode ser explicado pelo fato de a água ser formada por moléculas polares, enquanto o gás oxigênio e o dióxido de carbono são formados por moléculas apolares. Nesse caso, observa-se que o efeito da polarização acentuada das ligações de hidrogênio é muito maior do que o efeito provocado pela massa molecular. Vejamos ainda outra grande diferença do efeito da ligação de hidrogênio. O clorofórmio (CHCl ), massa molecular 119,5 u, é formado por 3 moléculas polares, estando no estadolíquido em temperatura ambiente, mas apresenta temperatura de ebulição igual u) e a 61 °C, menor do que a da água (100 °C). Veja que, apesar de as moléculas da água terem massa menor (18 serem menores (possuem três átomos) do que as do clorofórmio, as interações entre essas moléculas de água são muito mais fortes do que as interações de dipolo-dipolo permanente das moléculas de clorofórmio. A partir do estudo correlacionado entre propriedades das substâncias e forças intermoleculares podemos entender as principais propriedades da água, que mantém a vida no nosso Planeta.

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. A água é uma substância fundamental para a manutenção

Explique o comportamento diferenciado das moléculas da água.

da vida e apresenta características diferentes das substâncias formadas por elementos do mesmo grupo. Observe o quadro abaixo: Elementos do grupo 16

Substância

Oxigênio

H2O

líquido

Enxofre

H2S

gasoso

Selênio

H2Se

gasoso

Telúrio

H2Te

gasoso

2. Observe as imagens abaixo:

Estado físico à temperatura ambiente ck to rs tte u h /S 5 r e h ty sc

265

Sólido metálico

Sólido critalino

Ouro

Saldecozinha i tt u m e D ly e H

Sólido covalente

Sólido molecular

Diamante ck o str e tt u h S / 8 re i m u s

Açúcar i tt u m e D ly e H

6

7

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S 7 O L U T Í P A C

Considerando as características dessas substâncias, julgue os itens em C para os corretos e E para os errados:

e)

e Y são substâncias iônicas.

1) Todos os sólidos apresentam interações muito fortes por se apresentarem em uma fase mais condensada da matéria. 2) Os átomos dos sólidos encontram-se ordenados em arranjos irregulares em sua rede de ligações. 3) Na substância NaCl, as interações eletrostáticas entre cátions e ânions são muito fortes, o que justifica a sua baixa temperatura de fusão. 4) No caso do açúcar, que é um sólido molecular, as

1, 2 e 3, observou as seguintes propriedades:

forças que unem as moléculas são mais fracas do que as presentes nos outros sólidos. 5) O diamante é um sólido covalente formado por constituintes amoleculares, mantidos unidos por ligação covalente entre os átomos vizinhos do retículo cristalino.

Com base nos resultados obtidos, o estudante concluiu que as ligações químicas predominantes nas substâncias 1, 2 e 3 são, respectivamente, a) Iônica, covalente e metálica. b) Covalente, covalente e iônica. c) Covalente, metálica e covalente. d) Covalente, iônica e iônica. e) Covalente, iônica e covalente.

S u b s t â n c i as Insolúvel 1 em água Totalmente 2 dissociada em água Parcialmente 3 dissociada em água

3. (PUC-MG) Um químico possuía, em seu laboratório, quatro

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

X

5. (UFRN-adaptada) Um estudante, analisando as substâncias

cristais sólidos desconhecidos: A, B, C e D. Desejava saber se esses cristais eram de natureza metálica, iônica, covalente ou molecular. Fazendo várias experiências com os cristais, conseguiu determinar as seguintes características: Cristais A B C D

Forças de ligação

Condutividade isolantes

entreelétrons atração elétrica entre íons positivos e elétrons

condutores

muito alta

íons condutores

de moderada a muito alta

isolantes

Solubilidade em H2O Solubilidade em CCl4 Temperaturadefusão(°C) Condutividade elétrica no estado sólido Condutividade da solução em solvente adequado

não conduz

não conduz

conduz

nãoconduz

Líquido a 25 °C

7. A água dissolve quase todas as substâncias. Em razão dessa propriedade, rios, lagos, lençóis subterrâneos e mares são facilmente poluídos. De acordo com seus conhecimentos, responda aos itens a seguir. a) Em termos químicos, por que, ao ocorrer o vazamento de um navio petroleiro no rio ou no mar, o petróleo fica na superfície da água? b) Explique em termos de estrutura e eletronegatividade por que a água é polar.

Por meio das características apresentadas, dê a natureza dos cristais. 4. (Vunesp) Duas substâncias sólidas, X e Y, apresentam as propriedades listadas no quadro abaixo: Propriedades

Sólido a 25 °C

como se justifica o uso doméstico de álcool comum para limpeza de mesas e objetos que geralmente apresentam gordura na superfície?

baixa (volátil) regularmente alta

Substâncias X Y solúvel insolúvel insolúvel solúvel 880 114

Sólido a 25 °C

6. Levando em consideração a solubilidade das substâncias,

Temperatura de fusão

Van der Waals atração eletrostática

Propriedades Não condutor Baixa temperade eletricidade tura de fusão Bom condutor Elevada de eletricidade temperatura quando fundido de fusão baixa Condutor de Temperatura eletricidade em de ebulição meio aquoso

8. Cite duas propriedades físicas que expliquem o fenômeno em que a água fica submersa e o óleo fica na superfície, quando ambos são colocados no mesmo recipiente.

9. (UEL-PR) Numa prova, um estudante afirmou:“A gasolina é um elemento químico mais volátil do que a água, porque na água as moléculas se unem mais fortemente do que na gasolina. Por serem líquidos apolares, ambas são perfeitamente miscíveis”. Quantos erros o aluno cometeu? a) 2. b) 3. c) 4. d) 5. e) 6.

10. (UFC-CE) Estudos recentes têm indicado que o uso inapropriado de farmácias lubrificantes ordinários,tais normalmente encontrados em e drogarias, como loções oleosas e cremes, que contêm vaselina, óleo mineral ou outros derivados de petróleo, acarretam danificações nos preservativos masculinos (camisinhas), os quais são feitos, geralmente, de material denominado látex (poli-1,4isopreno), cujo momento dipolar é aproximadamente igual a zero (  0), e cuja estrutura da unidade monomérica é dada a seguir.

Com base nessas afirmações, pode-se afirmar que: a) X é substância molecular e Y é substância iônica. b) X é substância iônica e Y é substância molecular. c) X é substância metálica e Y é substância iônica. d) X e Y são substâncias moleculares. 266

II – Suas mãos não ficam limpas, porque, não sendo solúveis em água, essas substâncias continuam aderidas às mãos. III – Suas mãos não ficam limpas, porque a dissolução é uma fusão a frio. Dessas afirmações: a) Somente I e II são corretas. b) Somente I e III são corretas. c) Somente III é correta. d) Somente II é correta. e) Somente II e III são corretas.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Tais danificações, geralmente, constituem-se por microrrupturas das camisinhas, imperceptíveis a olho nu, que permitem o fluxo de esperma através delas, acarretando gravidez indesejável, ou a transmissão de doenças sexualmente transmissíveis, particularmente a Aids. Assinale a alternativa correta. a) Substâncias apol ares seriam mais adequadas como lubrificantes dos preservativos. Considere que a água é uma substância polar, e b) Óleos lubrificantesbastante solúveis em tetracloreto de 13. (Fatec-SP) o tetracloreto de carbono e o DDT são substâncias apolares. carbono (CCl4), geralmente, não interagem com o látex. Adiciona-se tetracloreto de carbono (CCl4) a uma amostra c) Os óleos que provocam danificações nos preservativos de água contaminada por DDT e contida em funil de são, geralmente, de natureza bastante polar. decantação, agitando-se a mistura logo em seguida. d) Substâncias, cujas forças intermoleculares se Assinale a alternativa contendo a figura que melhor assemelham às presentes no látex, seriam mais representa o aspecto do sistema após a agitação. Dados: densidade da água = 0,998 g/cm 3, densidade adequadas como lubrificantes dos preservativos. do CCl4 = 1,59 g/cm3. e) Substâncias com elevados valores de momento de dipolo seriam mais adequadas como lubrificantes dos A B C D E preservativos. água DDT em DDT água água+ DDT CCl4

11. (UFRJ) A solubilidade das substâncias é um conhecimento muito importante em Química. Sabe-se que, de forma geral, substâncias polares dissolvem substâncias polares e substâncias apolares dissolvem substâncias apolares. Em um laboratório, massas iguais de tetracloreto de carbono, água e etanol colocadas em três recipientes idênticos, conforme se vêforam na figura a seguir.

I

II

III

tetracloreto de carbono (6 mL)

água (6 mL)

etanol (6 mL)

a) Mostre, por meio de desenhos semelhante s ao apresentado, como fica a mistura de I e II, identificando cada substância, e como fica a mistura de II e III. b) A graxa lubrificante utilizada em automóveis é uma mistura de hidrocarbonetos pesados, derivados de petróleo com aditivos diversos. Indique qual, entre os três solventes apresentados, é o mais adequado para remover uma mancha de graxa em uma camisa. Justifique a resposta.

12. (Faap-SP) Experimente lavar com água suas mãos sujas de graxa ou de manteiga. Seguem-se as afirmações: I – Suas mãos ficam limpas imediatamente, pois a graxa ou a manteiga se dissolve na presença de um oxidante, no caso a água.

CCl4 DDT

CCl4 água

DDT em CCl4

ji u Y .J

14. (Cesgranrio-RJ) O gás amoníaco e o gás carbônico são duas importantes substâncias químicas. O gás amoníaco (NH ) é 3 uma substância incolor, de cheiro sufocante, utilizada em processos de refrigeração. O gás carbônico (CO2), formado na combustão completa de materiais orgânicos, é utilizado em extintores de incêndio, entre outras aplicações. A respeito das moléculas dessas duas substâncias, assinale a opção correta: a) O CO2 é constituído por moléculas polares e é bastante solúvel em água. b) O CO2 é constituído por moléculas apolares e é pouco solúvel em água. c) O NH3 é constituído por moléculas apolares e é pouco solúvel em água. d) O NH3 é constituído por moléculas apolares e é bastante solúvel em água. e) Ambos os gases têm alto peso molecular e, portanto, não se dissolvem em água. 15. Por que, em geral, as substâncias iônicas, em temperatura ambiente, são encontradas no estado sólido, enquanto as substâncias moleculares podem ser encontradas nos três estados de agregação?

267

como gelo-seco. Ele é muito utilizado em festas, carrinhos de sorvete, cinema e televisão. Qual é o tipo de força que une suas moléculas?

2

3

4

5

água CCl4

16. O dióxido de carbono (CO2), quando congelado, é conhecido

1

6

7

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S 7 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

17. Qual é a interação intermolecular mais forte: a existente entre

d) A molécula de dióxido de carbono apresenta interações moléculas de álcool e água ou entre moléculas de álcool e do tipo dipolo induzido. gasolina? Justifique a resposta. 24. (PUC-RS-adaptado) Para responder à questão, numere a 18. Considerando as interações intermoleculares e sabendo Coluna B, que contém algumas fórmulas de substâncias, de da influência delas sobre a temperatura de ebulição das acordo com a Coluna A, na qual estão relacionados tipos substâncias, observe as moléculas abaixo e coloque-as em de atrações intermoleculares. ordem crescente de temperatura de ebulição. Justifique a Coluna A Coluna B sequência: HF 1. ligações de I) C2H6 II) C3H8O III) C3H9O2 IV) C3H8 Cl2 hidrogênio 19. Que tipo de forças intermoleculares devem ser vencidas CO2 para: 2. dipolo NH3 a) Fundir o gelo. induzido-dipolo HCl b) Levar o bromo molecular (Br2) à ebulição. induzido c) Fundir o iodo sólido. SO2 3. dipolo-dipolo BF3 20. Os umidificantes são usados para proteger e reidratar a pele. Esses produtos contêm umectantes e emolientes, CCl4 que aumentam o teor de água de diferentes formas. Os A numeração correta da Coluna B, de cima para baixo é: emolientes cobrem a pele com uma camada de material que a) 1 – 2 – 3 – 2 – 1 – 1 – 2 – 1. é imiscível com a água, enquanto os umectantes adicionam b) 2 – 1 – 1 – 3 – 2 – 2 – 1 – 3. água à pele, absorvendo vapor de água do ar. Com base c) 1 – 2 – 2 – 1 – 3 – 3 – 2 – 2. no que você estudou no capítulo, procure explicar por que os umectantes interagem com a água e os emolientes não. d) 3 – 1 – 1 – 2 – 3 – 1 – 3 – 1. 21. Analisando a estrutura da molécula da água e a da e) 1 – 2 – 2 – 1 – 1 – 2 – 1 – 2. sacarose, explique, com base nas forças de atração 25. (UFC-CE) A água apresenta-se no estado líquido, à intermoleculares, por que o açúcar se dissolve temperatura ambiente e à pressão atmosférica, e entra completamente na água. em ebulição a uma temperatura que é cerca de 200 °C mais elevada do que a temperatura de ebulição prevista Água H2O Sacarose (C12H22O11) teoricamente, na ausência das ligações de hidrogênio. Com relação às ligações de hidrogênio, assinale a alternativa correta. a) Ocorrem entremoléculas, emque o átomo de hidrogênio é ligado covalentemente aos átomos maiseletropositivos, pelos seus pares de elétrons ligantes. 22. (Puccamp-SP) O congelamento da água na superfície dos b) Originam-se da atração entre os átomos de hidrogênio lagos em países frios ocorre pela: de uma molécula de água, que têm carga parcial a) Ruptura de ligações intermoleculares. negativa, e o átomo de oxigênio de uma outra unidade b) Ruptura de ligações intramoleculares. molecular, que tem carga parcial positiva. c) Formação de ligações intermoleculares. c) No estado sólido, as ligações de hidrogênio presentes d) Formação de ligações intramoleculares. na água são mais efetivas, resultando em efeitos e) Formação de ligações inter e intramoleculares. estruturais que conferem menor densidade ao estado sólido do que ao líquido. 23. (UFPE-adaptado) Interações intermoleculares são d) Quanto maiorfor a eletronegatividade do átomo ligado importantes na natureza, pois determinam várias ao hidrogênio na molécula, maior será a densidade propriedades de diversas moléculas, muitas delas vitais de carga negativa no hidrogênio, e mais fraca será a para os seres vivos, tais como as moléculas de água e de interação com a extremidade positiva da outra molécula. proteínas. Sobre esse assunto, julgue os itens a seguir: e) São interações muito mais fortes do que as ligações a) O álcool etílico (etanol) apresenta interações do tipo covalentes polares convencionais, e desempenham ligações de hidrogênio. papel fundamental na química dos seres vivos. b) A molécula de água apresenta interações do tipo 26. (UEL-PR) Para explicar a associação de átomos, moléculas ligações de hidrogênio. etc., em vez de pontas e ganchos como propunham os c) A molécula de água apresenta interações do tipo gregos, fala-se hoje em interações de natureza elétrica. dipolo-dipolo. 268

b) A água fazer ligações de hidrogênio e o sulfeto de hidrogênio não. c) As duas substâncias apresentarem pesos moleculares muito distintos. d) As moléculas de água interagirem apenas por meio de interações dipolo-dipolo. e) As moléculas de sulfeto de hidrogênio interagirem por meio de ligações de hidrogênio.

Considere as figuras a seguir.

I

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

II III IV V Sobre as ideias atualmente utilizadas para explicar as ligações entre as partículas, qual das afirmações é incorreta? a) Átomos podem se ligar compartilhando elétrons, como na covalência (figura II). b) Partículas dotadas de dipolo elétrico podem se atrair 29. (Unicamp-adaptada) Na Química, observa-se uma através dos polos elétricos de sinais contrários (figura III). generalização: a tendência de as substâncias semelhantes c) Cátions são atraídos por ânions, como ocorre na ligação dissolverem as semelhantes. iônica (figura I). d) Na ligação metálica, ânions estão imersos num “mar” As moléculas da água (H 2O) são diferentes das do álcool comum (C2H5OH), mas, por serem semelhantes quanto à de elétrons móveis (“deslocalizados”) que os mantêm polaridade, formam misturas homogêneas. Atr avés da forma unidos devido às cargas elétricas de sinais contrários (figura V). geométrica das moléculas eutilizando vetores, é possível saber e) As ligações dipolo-dipolo podem ser especialmente se elas são polares ou apolares. No laboratório foi realizado fortes quando envolvem átomos de hidrogênio e um experimento. Utilizamos duas buretas, numa se colocava átomos de eletronegatividade elevada (figura IV). água e na outra n-hexano. Utilizando um bastão de plástico 27. (UFSM-RS) A mioglobina presente nos músculos apresenta atritado em uma flanela e abrindo as torneiras, os líquidos estrutura altamente organizada e dinâmica, responsável escorriam formando fios. Posicionando o bastão entre osfios, pela função biológica dessa proteína. Associe as ligações indagava-se se era possível identificar qual das duas buretas da mioglobina apresentadas em A com as estruturas continha o n-hexano. responsáveis pela sua estabilização apresentadas em B.

A

água

1. Interação eletrostática (iônica). 2. Ligações covalentes. 3. Ligações de hidrogênio. 4. Forças de Van der Waals.

B

a

ji u Y .J

b

c

d

a) 1a – 2c – 3e – 4d. d) 1e – 2c – 3b – 4a. b) 1b – 2a – 3e – 4c. e) 1d – 2a – 3b – 4c. c) 1b – 2d – 3e – 4c. 28. A tabela abaixo mostra as temperaturas de fusão e ebulição de duas substâncias sulfeto de hidrogênio (H2S) e água (H2O). A grande diferença entre as duas substâncias se deve ao fato de:

H2O H2S

Tem peratura de f us ão

°C0 –60,4°C

a d n o H e rg Jo

e

A alternativa que apresenta somente associações corretas é:

Substân cia

n-hexano

Com base nesse assunto, considere a alternativa correta: a) Como asmoléculas deágua sãoapolares eas den-hexano são polares, a aproximação do bastão eletricamente carregado causa desvio apenas no fio de água. b) “Azeite e vinagre, quando misturados, separam-s e logo em duas c amadas. Porém, adicionando-se gema de ovo e agitando-se a mistura, obtém-se a maionese, que é uma dispersão coloidal. Nesse caso, qual foi o papel representado pela gema de ovo?”. O vinagre (ácido acético) é uma substância polar, e o óleo, apolar, com tendência de não se misturarem. Mas a gema age como um emulsificador, estabilizando a mistura, ou seja, a maionese. c) No caso da água a força de atração intermolecular, ou seja, entre as moléculas são chamadas de dipolo-dipolo permanente. d) O n-hexano éuma substância polar,derivado dopetróleo, cuja força que une as suas moléculas é dipolo induzido. e) HCl, HBr, HF são exemplos de moléculas que são unidas por ligação dipolo-dipolo porque são todas moléculas polares.

Temperatura de ebulição

100 °C –82,9°C

a) O sulfeto de hidrogênio fazer ligações de hidrogênio e a água não. 269

1

2

3

4

5

6

7

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S 7 O L U T Í P A C

3 Água e vida s n e g a Im r a sl u /P ff lo r e G n o sr e G

Graças às propriedades da água , os seres vivos mantêm o seu metabolismo em funcionamento.

PARE E PENSE

Por que os seres vivos dependem da água para sua existência? Que propriedades da água estão relacionadas à vida? D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ij u Y .J

Forma angular da mólecula de água

O

A

Terra é um planeta vivo! Ou seja, um sistema complexo e dinâmico de organismos vivos. Esses, por sua vez, são dependentes da água, sendo constituídos por quantidades desse líquido, que, em algumas espécies variam de 75% a 85% em massa. Daí podermos afirmar que não existe vida sem água. Pelo menos a vida como conhecemos. São as características da água que lhe dão o papel central nos processos relacionados à vida. Propriedades características como sua capacidade de dissolver a maioria das substâncias químicas, suas temperaturas de fusão e ebulição, sua absorção de radiação infravermelha solar, entre outras, tem papel fundamental na regulação do clima global. Sua capacidade de receber e armazenar energia permite distribuir a energia incidente sobre a superfície terrestre, diminuindo variações de temperatura entre os dias e as noites, favorecendo o desenvolvimento de diferentes formas de vida. Os vegetais armazenam energia por meio da fotossíntese, processo no qual as plantas processam água e sais minerais, retirados do solo pelas raízes,

utilizando a luz e o dióxido (CO2), energia capturado pelas folhas. Essesolar processo é capazdedecarbono transformar solardaematmosfera energia H H química, na forma de carboidratos, fonte de alimentação de inúmeros seres 104°40’ vivos. Sem contar que também é capaz de liberar para a atmosfera o precioso A forma angular da molécula de água , gás oxigênio (O2). Nós, como seres vivos e parte do ambiente, também necessitamos com ângulo de 104º40’, confere à substância muito da água. De forma indireta, ela ajuda na manutenção das condições uma série de propriedades características. que precisamos para viver. De forma direta, ela faz parte de nosso corpo, constituindo cerca de 80% de nossa massa. Ela é importantíssima em diversos processos de nosso corpo, auxiliando na digestão (saliva e suco gástrico), na manutenção da temperatura corporal (suor), no transporte de nutrientes e gases até as células (sangue). Sua importância é tanta que, ao consumirmos pouca água, podemos ter problemas graves de saúde, como cálculos renais, que causam dores fortíssimas. Entre as características peculiares da água está o fato de ela ser a única substância encontrada naturalmente nos três estados de agregação: sólido, líquido e gasoso. E suas moléculas têm estruturas simples: dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. A água no estado líquido apresenta moléculas que estão fortemente ligadas entre si. Isso ocorre em razão das fortes interações elas em função dasencontram-se ligações de hidrogênio. Assim, considera-se quetridimensional, ness a situação asnamoléculas de água não têmentre existência isolada. Elas formando uma estrutura em rede qual as moléculas interagem fortemente com as moléculas vizinhas. Nas moléculas de água, os átomos de oxigênio possuem quatro pares de elétrons distribuídos uniformemente ao redor de seu núcleo que, de acordo com a teoria da repulsão dos pares de elétrons, formam ângulos (par de elétrons – núcleo – par de elétrons) de 109º. Os dois pares de elétrons do oxigênio que não participam das ligações fazem com que a molécula da água tenha uma geometria angular (veja a ilustração), que é responsável pela formação de ligações de hidrogênio entre suas moléculas que ficam mais próximos do núcleo, repelindo os dois pares que estão ligados aos átomos de hidrogênio; com isso, há uma retração no ângulo entre as ligações, que passa a ser de 104º40’. 270

1

História da Ciência

A história da fórmula da água

2

A[384 a.C.-322 a.C.], filósofo grego, acreditava que ela não

água vem sendo estudada desde a Antiguidade. Aristóteles

n io ct le l o C st r A l a b lo G

poderia ser decomposta, pois era um dos “elementos” básicos da natureza. Essa ideia prevaleceu até o século XVIII. Joseph Priestley [1733-1804], químico e físico inglês, contestou Aristóteles, mas não conseguiu comprovar sua teoria.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Foiconseguiu o químicoderrubar francês Antoine-Laurent Lavoisierdemonstrando [1743-1794] quem a hipótese de Aristóteles, que a água pode ser decomposta nos gases hidrogênio e oxigênio. John Dalton [1766-1844], cientista inglês, considerava que a água teria a fórmula HO, mas essa ideia não era aceita pelo cientista francês Louis-Joseph Gay-Lussac [1778-1850]. Em 1811, o químico italiano Amedeo Avogadro [1776-1856] introduziu o conceito de molécula e demonstrou que a fórmula da água é H2O, permitindo a conciliação entre os dados de Dalton e os de Gay-Lussac. As ideias deAvogadro não foram muito divulgadas eficaram esquecidas por meio século, até que o químico Stanislao Cannizzaro [1826-1910], seu compatriota, convencesse a comunidade científica sobre o valor de suas ideias. Com base nos dados experimentais de Gay-Lussac e do cientista

3

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5

6

7

Alexander von Humboldt, amigo do químico brasileiro José Bonifácio, obteve dados que levaram os químicos a reconhecer a fórmula química da água como2O. H

prussiano Alexander voncontendo Humboldt finalmentee os reconheceram querepresena água é formada por moléculas dois[1769-1859], átomos de hidrogênio umquímicos de oxigênio, podendo ser tada pela fórmula H2O. A diferença de eletronegatividade entre átomos de oxigênio (3,44) e átomos de hidrogênio (2,20) gera deslocamento de cargas nas ligações, ocasionando dipolos elétricos. Por causa da geometria angular, os dipolos da molécula não se anulam, conferindo-lhe polaridade. Essa característica permite a ocorrência de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água: interações intermoleculares entre átomos de hidrogênio e átomos de oxigênio de moléculas vizinhas. Essas interações são relativamente fortes e responsáveis por muitas das propriedades da água. Uma das propriedades características da água é sua elevada temperatura de fusão em relação a outras substâncias (NH 3, H 2S 4 emas CHque ), que valores de massa molar similares à daseágua, sãopossuem gases à temperatura ambiente. Essa diferença deve basicamente às ligações de hidrogênio. As ligações de hidrogênio também são responsáveis por outra propriedade curiosa da água: a flutuação dos icebergs nos mares, devido à menor densidade do gelo em relação à água líquida (veja tabela na página seguinte). Propriedade essa, que não se verifica na maioria das substâncias, pois os sólidos geralmente são mais

271

Moléculas de água formam redes

ji u Y .J

As moléculas de água formam redes, nas quais os átomos de oxigênio (vermelhos) ligam-se a átomos de hidrogênio (brancos) de outras moléculas por meio deligações de hidrogênio (linhas azuis descontínuas).

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S

densos que os líquidos. Um bom exemplo é o caso do etanol, cuja densidade no estado líquido é igual a 0,79 g/cm3 e, no sólido, 0,815 g/cm3. Observar um sistema contendo uma mesma substância nas fases sólida e líquida não é comum, porque poucas substâncias possuem valores de temperatura de fusão próximos à temperatura ambiente. Uma dessas substâncias é o benzeno, cuja temperatura de fusão é igual a 5,5 ºC. Outra é a água. O gelo flutuando na água é explicado, no nível molecular, pela interação entre as moléculas dessa substância. No gelo, as moléculas da água estão mais próximas e essa proximidade faz com que as ligações de hidrogênio se organizem de forma direcional num arranjo hexagonal bem definido. Dessa forma, os átomos de oxigênio interagem com quatro átomos de hidrogênio:

DENSIDADE DA ÁGUA Temperatura

7 O L U T Í P A C

Valor

0 °C (gelo)

0,9168 g/cm

4°C

1,00000g/cm

3

20°C

0,99707g/cm

3

3

PARE E PENSE

Em cada um dos recipientes ao lado, temos uma mesma substância nas formas sólida e líquida. Qual recipiente contém água e qual contém benzeno? Justifique sua resposta.

dois por ligações covalentes e dois por ligações de hidrogênio (ver figura). Água no estado líquido

Gelo

tit u m e D yl e H

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

ij u Y J.

Ligações de hidrogênio na água

Oxigênio Hidrogênio e im st m a e r

Ligação covalente Ligação de hidrogênio

Na água em estado sólido, as ligações de hidrogênio provocam arranjo cristalino , que

c /D o b u r N

leva as moléculas a ocupar espaço maior do que ocupam no estado líquido.

Essas ligações conferem ao gelo uma estrutura cristalina muito bem organizada e com grandes espaços vazios no seu interior. Como resultado, o sólido é menos denso que o líquido. Quando o gelo se funde, parte das ligações de hidrogênio é desfeita, rompendo a organização da estrutura e permitindo que as moléculas se aproximem umas das outras. Consequentemente, por apresentar uma compactação maior, o gelo é menos denso do que a água líquida. A flutuação do iceberg é explicada pelo As ligações de hidrogênio são também responsáveis por outra propriedade fato de as ligações de hidrogênio da água propiciarem a formação de uma estrutura fundamental da água, que também favorece as condições para a vida em cristalina no gelo menos compacta do que a nosso planeta: o elevado calor específico. O calor específico da água líquida é 4,184 J ⋅ g-1  °C-1. Ou seja, para elevarmos a temperatura de um grama de da água na fase líquida. água em um grau Celsius (de 14,5 °C a 15,5 °C) é necessária uma quantidade de energia igual a 4,184 joules. Esse valor é elevado se comparado à quantidade de energia necessária e im ts m a re /D ru _ a K

para aquecer outras substâncias nessas mesmas condições. Tal fato também se deve às ligações de hidrogênio, as quais srcinam imensas cadeias.

Nos mares e rios de regiões frias, o gelo sobre a água forma uma camada isolante térmica (pois o calor específico do gelo é menor que o da água), que permite melhores condições para a vida. Por isso, o gelo é usado pelos esquimós para a construção iglus de . 272

A vida na Terra é extremamente favorecida pela alta capacidade calorífica da água, porque esse elevado valor permite que ela absorva grandes quantidades de energia, ocasionando pequenas variações de temperatura. Além disso, qualquer quantidade de água requer, para evaporar, 500 vezes mais energia do que a necessária para aumentar em 1 °C sua temperatura. Para congelar certa quantidade de água, é necessário retirar 80 vezes mais energia do que a retirada para diminuir 1 °C dessa mesma quantidade de água. Isso evita que a Terra tenha variações muito bruscas de temperatura, tornando pequenas as

e im ts m a e r D / o in c u a c R

2

3

4

variações de temperatura entree na os atmosfera dias e as noites. A água existente na superfície absorve grande quantidade de calor durante o dia e a devolve para o ambiente à noite, reduzindo a variação da temperatura. Em Marte, planeta onde as condições atuais de baixa pressão atmosférica dificultam a existência de grandes reservatórios de água na sua superfície, durante o dia a temperatura pode chegar a 22 °C e, à noite, cair para – 63 °C. Situação semelhante ocorre nos desertos. A grande quantidade de água na superfície de nosso planeta contribui também para o fluxo da energia térmica absorvida da radiação solar. Isso ocorre pela movimentação de correntes marítimas e pelo processo de evaporação e condensação. A evaporação de grandes quantidades de água nas regiões tropicais esfria o ambiente ao consumir energia. Já nas regiões polares, o processo de condensação libera energia, aquecendo o ambiente. Assim, cerca de 20% da energia solar absorvida nos trópicos são transportados pelos vapores de água às regiões mais frias. A coloração da água está relacionada às ligações de hidrogênio e às suas vibrações. Estudos demonstram que, quando dois átomos estão ligados, aproximam-se e afastam-se constantemente. Esse movimento é denominado vibração de estiramento. Nas moléculas, existe também o movimento dos átomos que causa variação dos ângulos formados pelas ligações. Esse movimento permanente é denominado vibração de dobramento.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

5

Por ter pouca quantidade de água, os desertos apresentam temperaturas que podem ultrapassar 50 °C durante o dia e, à noite, apresentam temperaturas próximas de 0 °C. Por isso, nesses locais, o calor é escaldante durante o dia, e o frio, à noite, rigoroso.

ji u Y J.

6

7

ji u Y .J

Nas vibrações de estiramento , os átomos ligados aproximamse e afastam-se, diminuindo e aumentando o comprimento das ligações.

1

Nas vibrações de dobramento , as ligações vibram num sentido que faz com que os átomos de hidrogênio se aproximem e se afastem uns dos outros.

273

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S 7 O L U T Í P A C

i tt u m e D ly e H

O forno de micro-ondas não transmite calor ao alimento.

Diferentemente dos fornos elétricos ou a gás, o forno de micro-ondas não fornece calor: ele gera radiações com frequência de 2,45 ⋅ 10 9 hertz. No forno, essas radiações são direcionadas ao compartimento onde ficam os alimentos, e elas atuam nas moléculas de água presentes nos alimentos. As moléculas absorvem as radiações e, com isso, aumentam a vibração de suas ligações, causando aquecimento. Como as micro-ondas atuam basicamente em moléculas de água, alimentos ou recipientes que não contenham água não são aquecidos. Por causa da capacidade de penetração dessa radiação, alimentos são cozidos por inteiro, e não a partir da superfície, como nos fornos a calor. As ligações de hidrogênio têm tempo variável de existência. E esse tempo acaba determinando a viscosidade do material. Chamamos de viscosidade de um líquido a resistência que ele oferece ao movimento de suas partes. Assim, um líquido muito viscoso não escoa facilmente, e um líquido pouco viscoso escoa com mais facilidade. Na água, a duração da ligação de hidrogênio é

tit u m e D ly e H

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

As vibrações de estiramento e de dobramento são chamadas vibrações moleculares. As vibrações moleculares da água ocorrem em frequências compreendidas na região das micro-ondas (região entre 10 8 e 1011 hertz). Quando uma molécula de água vibra, ela afeta as moléculas vizinhas às quais está unida por ligações de hidrogênio. Essa alteração vibracional ocorre com a absorção de energia. No caso da água, não ocorre absorção da luz na frequência correspondente à região do azul, sendo ela, portanto, refletida. A mesma tonalidade azulada é muitas vezes vista nas formações de gelo. Em parte, são as vibrações moleculares da água que tornaram a larga aplicação na cozinha dos fornos de micro-ondas. Esse forno foi patenteado em 1953 e, a partir da década de 1970, ganhou grande popularidade. Hoje, está presente em muitas residências e estabelecimentos comerciais.

–9

É a viscosidade a formação de gotas.da água que permite

muito pequena – aproximadamente 10 segundos –, caracterizando um líquido pouco viscoso.

Água e solubilidade dos materiais it t u m e D ly e H

A água é conhecida como solvente universal por ser capaz de dissolver uma grande diversidade de substâncias ou materiais, além de estar presente, mesmo que em pequena quantidade, na maioria dos materiais. Ela é o solvente mais abundante em nosso planeta, sendo sua quantidade estimada em aproximadamente 1,5 ⋅ 1021 litros. Os mares e oceanos são bons exemplos do grande poder de dissolução da água. Acumuladores de materiais dissolvidos pelos rios nos continentes, eles formam uma imensa solução que possui cerca de 35 gramas de sólidos dissolvidos por litro. Nesses sólidos, encontramos átomos de mais de 64 elementos químicos diferentes. Muitos dos materiais dissolvidos são importantes fontes de matéria-prima, apesar de poucos serem explorados comercialmente. Na água do mar há uma grande A substância extraída em maior abundância da água do mar é o cloreto quantidade de substâncias, tais como: cloretos de sódio (NaCl): em torno de 27 gramas por litro. Para extrair essa mesma de sódio, magnésio, potássio e rubídio; sulfatos massa de outras substâncias, precisamos de quantidades bem maiores de de magnésio; metafosfato de cálcio; sílica; água. Em cada quilômetro cúbico (1 km3 = 1012 L) de água do mar, podemos bicarbonatos e outras substâncias, em menor ter cerca de 11,3 toneladas de zinco; 3,4 toneladas de cobre e estanho; 240 quantidade. gramas de prata e 430 gramas de ouro. 274

A facilidade com que a água dissolve diferentes tipos de substância deve-se à sua geometria e à distribuição de cargas de suas moléculas. A polarização de cargas nas moléculas da água permite a separação de íons, fortemente unidos por atração eletrostática. Quando dissolvidos, os íons são envolvidos por moléculas de água num processo denominado solvatação. Dessa forma, os íons podem ser transportados pela água, favorecendo a ocorrência de diversos processos químicos, físicos e biológicos.

1

2

e im ts m a re

/D t fo in ci g a M

3

4

Enquanto a proporção salina nos mares é de 35 g/L, no Mar Morto é de 350 g/L a 370 g/L. Suas águas são consideradas terapêuticas pelo fato de ter um grande concentrado de 21 minerais; 12 deles não são encontrados em outros lugares.

5

6

Solubilização dos materiais D L N P O Ã Ç A G L U IV D

7

Você já tentou adoçar um suco, mas se deparou com a situação de o açúcar se depositar no fundo do copo e não se dissolver mais, apesar da agitação contínua? A dissolução de um soluto em um líquido depende das possíveis interações entre os constituintes das duas substâncias. Dependendo também dessas interações, o soluto poderá se dissolver em maior ou menor proporção. Denominamos essa propriedade específica de solubilidade ou coeficiente de solubilidade. Solubilidade é a quantidade máximaestável de umae sem substância que de pode ser dissolvida determinada de solvente, produzindo uma solução formação precipitado (parteemdouma sólido depositadoquantidade no fundo do recipiente). Normalmente, a solubilidade é expressa em massa do soluto por 100 gramas de água. Quando se dissolve a quantidade máxima do soluto no solvente, obtém-se uma solução saturada. Quando em uma solução houver menos soluto do que o solvente é capaz de dissolver, a solução será denominada solução insaturada. Ou seja, em uma solução insaturada ainda é possível dissolvermais soluto, sem a formação de precipitado. Em determinadas situações, é possível que a quantidade de soluto dissolvida seja maior do que a solubilidade permite. Nesse caso, teremos uma solução supersaturada. Esse tipo de solução não é estável, e uma simples perturbação pode transformá-la em um material heterogêneo, pela precipitação do excesso de soluto. ij u Y J.

solução insaturada

solução saturada

solução saturada com precipitado

solução saturada de KNO3 a 30 °C

solução supersaturada de KNO3 a 20 °C

resfriamento

100 g de H2O 45 g de KNO3

100 g de H2O 45,8 g de KNO3

100 g de H2O 47 g de KNO3 (45,8 g dissolvidos e 1,2 g precipitados)

100 g de H2O 45,8 g de KNO3

solução saturada de KNO3 a 20 °C com precipitado

ji u Y .J

perturbaçãodo sistema

100 g de H2O 45,8 g de KNO3

100 g de H2O 31,6 g de KNO3 dissolvidos e 14,2 g de KNO3 precipitados

À temperatura de 30 ºC é possível dissolver 45,8 g de KNO em 100 g de água. Nesse caso, conforme a quantidade de soluto adicionada à água, 3 podemos ter três situaçõesdiferentes: a)solução insaturada ; b) solução saturada ; c) solução saturada com precipitado . Se a solução saturada obtida nessas condições for esfriada para 20 ºC, sem agitação, ela poderá se transformar em uma solução supersaturada, que ao sofrer alguma perturbação poderá precipitar a quantidade de KNO , que ultrapassa o coeficiente de solubilidade desse sala 20 ºC. 3 275

s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S

Um exemplo comum de solução supersaturada é um tipo de bolsa térmica, disponível comercialmente, utilizada para fazer compressas quentes. Al gumas possuem uma solução supersaturada de acetato de sódio (NaOCOCH3) e, quando dobramos a pequena placa de metal imersa na solução, inicia-se a precipitação do sal na forma de cristais. Esse processo é exotérmico, portanto, libera energia, aquecendo a bolsa. A solubilidade das substâncias em um mesmo solvente varia com a temperatura do sistema. Você já percebeu como o açúcar se dissolve melhor na água quente, utilizada na preparação do café, do que na água gelada, Para preparar uma boalimonada, o ideal é utilizada para preparar um suco? Pois é, geralmente, a solubilidade de substâncias sólidas aumenta à medida dissolver o açúcar antes de se adicionar o gelo. que a temperatura sobe. Entretanto, como para outras regras, há exceções. O

tit u m e D yl e H

7 O L U T Í P A C

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ij u Y .J

it t u m e D yl e H

2 4 sulfato de lítio ) é um da exemplo de substância que tem sua solubilidade diminuída com(Lio SO aumento temperatura. A água dissolve grandes quantidades de algumas substâncias, como o cloreto de sódio (NaCl); pequenas quantidades de outras, como o carbonato PARE E PENSE de cálcio (CaCO3); e há ainda aquelas que praticamente não são dissolvidas Como a temperatura influencia pela água, sendo exemplo o cloreto de prata (AgCl). na solubilidade do gás carbônico Para algumas substâncias, a temperatura do sistema aumenta em contido em refrigerantes? consequência do processo de dissolução, como no caso do hidróxido de sódio (NaOH); para outras, ocorre diminuição da temperatura, sendo exemplo o cloreto de amônio (NH4Cl). Quando dissolvemos uma substância emum solvente, ocorrem interações entre as moléculas do solvente e os constituintes – íons ou moléculas – do soluto. Como exemplo, podemos citar a dissolução do fluoreto de potássio em água. Substâncias poliatômicas moleculares apolares também podem se dissolver em água graças ao deslocamento de cargas em suas moléculas. Como exemplo, podemos citar o iodo, que é formado por moléculas diatômicas apolares, mas que se dissolve em cátion ânion água água, mesmo que pouco, graças ao deslocamento de cargas nas moléculas. Na dissolução do fluoreto de potássio em Provavelment e você já deve ter aberto um refrigerante “quente” (que não água, os átomos dehidrogênio interagem com está gelado) e viu o gás escapando rapidamente. Esse fato ocorre por causa da os ânions e os de oxigênio com os cátions. solubilidade que é afetada pela temperatura e pela pressão no interior da garrafa. No caso de gases, também há diminuição da solubilidade com o aumento da temperatura. Quando a garrafa do refrigerante está fechada, a pressão interna é maior do que a pressãoexterna. Ao abrir a tampa, ocorre diminuição da pressão interna, igualando-se à pressão externa. Nesse momento, observamos a formação de bolhas: é o gás carbônico que estava dissolvido no líquido escapando para a atmosfera, por conta da diminuição da so lubilidade.

A solubilidade dos gasesnão é passível à variação fator que praticamente interfere no caso da dospressão sólidos.atmosférica, Refrigerantesumsão soluções aquosas cujo solvente é a água, que contêm diversos solutos: açúcar, corantes, aromatizantes, acidulantes etc. É claro que não podemos esquecer o soluto gasoso que caracteriza os refrigerantes: o gás carbônico (CO ). Neste 2 O refrigeranteé uma solução supersaturada último caso, junto ao processo de dissolução, ocorre uma reação química que de gás carbônico; quando a garrafa é aberta, o é representada pela seguinte equação: sistema sofre uma perturbação que provoca a expulsão do excesso de gás dissolvido.

H2O(l) + CO2(aq) F H2CO3(aq) 276

O ácido carbônico (H2CO3), produto da reação, é uma das substâncias que conferem sabor característico aos refrigerantes. Esse sabor pode ser percebido também em água gaseificada (com gás carbônico).

1

Água mineral

2

Para muitos, a água mineral não é somente utilizada como bebida; ela apresenta diversas propriedades curativas, dependendo da fonte de que foi extraída. De acordo com o Ministério da Saúde, água mineral é aquela “obtida diretamente de fontes naturais ou artificialmente captada, de srcem subterrânea, caracterizada pelo conteúdo e pela proporção relativa de certos

PARE E PENSE 3

A água mineral é uma substância pura? Água filtrada pode ser considerada água mineral? Por quê?

4

saisPara minerais”. a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), instituição governamental que tem como missão “proteger e promover a saúde da população garantindo a segurança sanitária de produtos e serviços”, água mineral natural é aquela “obtida diretamente de fontes naturais ou artificialmente captada, de srcem subterrânea, caracterizada pelo conteúdo definido e constante de sais minerais… e outros constituintes”. Durante sua passagem por diferentes regiões do solo, a água dissolve diversas substâncias, adquirindo propriedades características, tais como pH, salinidade, odor (em virtude da dissolução de gases) etc. Essas propriedades dependem basicamente das várias espécies químicas dissolvidas numa solução A água mineraljá foi tema de música, tem denominada água mineral. A composição da água mineral depende do tipo grife, aparência extremamente agradável e gosto de solo e subsolo da região de onde foi extraída. maravilhoso (embora alguns digam que não tem it t u m e D yl e H

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

gosto ou cheiro) e seu cheiro não desagrada a ninguém. Essas seriam algumas das características da bebida mais consumida no mundo.

s e r a o S é d in n a C

sn o m m o C ia d e p i ik W ff/ il i D

Fontes térmicas na cidade de Mossoró (RN). No Brasil, existem águas hidrominerais espalhadas em 16 estados. Os gregos antigos curavam os males físicos e mentais mergulhando em imensostanques. Os romanos criaram os centros de tratamento

m e g a Im r a lh O s/ itn r a M a c Ju

hidroterápico. muçulmanosa inventaram o banho turco, e Os os finlandeses, sauna.

Quem resiste a um gost oso banho numa piscina de água mineral? Muitas cidades brasileiras têm explorado as suas fontes hidrotermais, pois elas possuem um elevado potencial turístico. Na foto,água mineral em Caldas Novas (GO). 277

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s e d a d e ri p o r p e s e õ ç ra te in :s a i c n tâ s b u S 7 O L U T Í P A C

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Exercícios

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

30. Explique com suas palavras por que a água apresenta

40. As moléculas de água apresentam características geometria angular. peculiares e importantes para a manutenção da 31. Água e gelo coexistem em equilíbrio a 0 °C. Enquanto vida como conhecemos. A este respeito, julgue os funde, nessa temperatura, o gelo absorve o equivalente itens com C para os corretos e E para os errados. a 80 calorias por grama, transformando-se em líquido; a 1) A água é a responsável pela regularização do clima do temperatura permanece a mesma. Explique o que pode ser planeta, uma vez que suas moléculas formam uma rede realizado para congelar novamente a água. tridimensional tornando-a líquida à temperaturaambiente. 32. A molécula da água apresenta geometria angular; se fosse 2) No gelo, as moléculas da água estão mais próximas linear, com todos os seus três átomos em linha reta, qual formando um arranjo hexagonal, cristalino e cheio de seria o efeito disso sobre as suas propriedades físicas? espaços vazios no seu interior tornando-o menos denso. 33. Explique o efeito da ligação de hidrogênio nas propriedades físicas da água. 3) A temperatura da água, abaixo de rios e lagos congelados é maior do que nas superfícies pois o gelo possui o calor 34. Por que o gelo flutua na água? O gelo flutuará no álcool? específico maior do que da água, formando uma camada Dado: densidade do álcool = 0,789 g/mL. isolante. 35. Por que uma garrafa cheia de água e tampada estoura 4) As moléculas da água apresentam movimentos de quando esquecida no freezer? vibrações de estiramento e rotação em determinada 36. Explique por que uma mistura gelo-água permanece a frequência, tornando possível a sua aplicação nos fornos 0 °C até que todo o gelo tenha fundido, mesmo que essa de micro-ondas. mistura esteja sobre uma fonte de aquecimento. 5) A água é um líquido pouco viscoso, devido à durabilidade 37. A temperatura da água no fundo de um lago é muito das ligações de hidrogênio entre suas moléculas. diferente da temperatura verificada na superfície? 41. Considere quantidades iguais de água nos três estados Explique. físicos (sólido, líquido e gasoso) relacionados no esquema 38. A tabela abaixo mostra as propriedades físicas da água e de a seguir. outras substâncias constituídas por átomos de hidrogênio.

H2O

te Calor de Massa t (ºC) (1atm) Calor de molar f fusão (cal/g) vaporização (cal/g) (ºC) Incolor 18,02 0,00 100,0 80,0 540

H2S

Incolor 34,08 –85,5 –60,3

16,7

131

H2Se

Incolor 80,98 –65,7 –41,3

7,4

57,0

H2Te

Incolor 129,6 –49,0

—

42,8

I

II

F ór m ul a C or

–2,0

III

ij u Y . J

água (s)

água (l)

V

água (g)

Com base nos seus conhecimentos e no esquema acima, julgue os itens a seguir, marcando C para os corretos e E para os errados. 1) A água apresenta a mesma geometria molecular nos três estados físicos. 2) O processo II envolve absorção de energia. 3) O processo III é acompanhado de um aumento de densidade. 4) O vapor de água está em estado mais energético do que a água líquida e a sólida. 5) O gasto de energia no processo IV é maior do que no

a) O que podemos observar comparando as propriedades físicas da água e dessas outras substâncias? b) Por que a água apresenta essas propriedades diferentes das demais substâncias? 39. O deserto do Saara, localizado no norte da África, apresenta uma variação de temperatura muito intensa entre o dia e a noite. Enquanto durante o dia a temperatura pode chegara 50 °C, à noite despenca para 10 °C negativos.A este respeito, marque C para as alternativas corretas eE para as erradas. 1) Esta variação ocorre devido à baixa umidade de ambientes desérticos como o Saara. 2) Lugares próximos ao oceano costumam ter menor variação de temperatura ao longo do dia. 3) A substância água possui baixa capacidade calorífica, pois absorve muita energia sem mudar sua temperatura. 4) A água absorve uma grande quantidade de calor durante o dia e libera à noite, regulando a temperatura do ambiente.

IV

processo V.

42. Considere as seguintes propriedades das substâncias A, B

278

e C na mesma temperatura: Substância A: quando colocada dentro de um recipiente, move-se sempre para o fundo. Substância B: quando colocada dentro de um recipiente, espalha-se por todo o espaço disponível.

Substância C: quando colocada dentro de um recipiente, 53. Por que uma pequena mudança de pressão tem pouco efeito na solubilidade de sólidos e líquidos e maior efeito move-se sempre para o fundo espalhando-se por ele e na solubilidade de gases dissolvidos em líquidos? cobrindo-o por inteiro. Analise o texto acima e julgue os itens, marcando C para 54. Champanhe é uma bebida que deve ser guardada na geladeira antes de ser aberta, sendo necessário abri-la os corretos e E para os errados. com muito cuidado. Explique, com base no conceito de 1) Os estados de agregação das substâncias A, B e C são, solubilidade de gases em líquidos, o que acontece se uma respectivamente, líquido, sólido e gasoso. garrafa for sacudida e aberta rapidamente. 2) O processo de evaporação da água absorve energia, 55. Ao realizar, com seus alunos, um experimento nolaboratório, sendo classificado como endotérmico. o professor derramou água sobre uma mesa. Em alguns 3) As moléculas da substância B apresentam maior energia minutos, os alunos perceberam que a água havia se cinética que as moléculas da substância A. evaporado. Alguns meses depois, o mestre repetiu a mesma 4) Ao analisar a densidade das substâncias, observa-se que cena. Dessa vez, a água permaneceu sobre a mesa por cerca a substância C é mais densa que a substância B. de 6 a 9 horas. Indique algumas condições que poderiam ter 5) A substância C, ao entrar em ebulição, manteve-se a ocorrido no laboratório para causar essa diferença. uma temperatura constante, logo, pode-se concluir que 56. (UERJ-adaptada) A tabela abaixo, que mostra a variação da se trata de uma substância pura composta. solubilidade do dicromato de potássio na água em função da temperatura, foi apresentada em uma aula prática sobre 43. Explique, com base nas propriedades da água, o motivo misturas e suas classificações. de ela ser considerada o solvente universal.

44. Quais são os fatores que influenciam na eficiência de um D L N P O Ã Ç A G L U IV D

solvente?

45. Explique por que uma substância iônica pode ser dissolvida em água, e não, necessariamente, em outros solventes.

46. Uma enorme fonte de água está nos oceanos, mas a água do mar contém 3 5000 ppm (parte por milhão) de sais dissolvidos, o que a torna inadequada para o uso doméstico edopara agricultura. Qual a importância de tornar a água marapotável?

47. Explique como ocorre a dissolução de uma substância em diferentes solventes?

48. Por que se faz chá com água quente mesmo quando se vai, posteriormente, bebê-lo gelado?

49. Por que é importante indicar a temperatura em uma solução saturada?

50. O sulfato de cobre, à temperatura de 20 ºC, dissolve-se no máximo 1,2 g em 6,0 mL de água. Responda: a) Em 10 mL de água é possível dissolver 0,3 g de sulfato de cobre, na temperatura indicada? Justifique. b) Quantos mL de água são necessários para dissolver 0,5 g de sulfato de cobre na temperatura indicada? solução preparada pela adição de 0,5 g de bicarbonato 51. Uma de sódio (NaHCO 3) a 10,0 g de água será saturada ou insaturada a 20 °C? Obs.: Nessa temperatura, a solubilidade do NaHCO 9,6 g/100 g H2O.

3

é

52. Ao abrirmos uma garrafa de refrigerante, ocorre uma maior liberação de gases. Explique, com base na solubilidade de gases em líquidos, por que isso ocorre. 279

Tem pe ra tu ra (º C)

So lu bi da de (g so lu to /10 0 g H 2O)

30

20

70

60

Em seguida, foram preparadas seis misturas sob agitação enérgica, utilizando dicromato de potássio sólido e água pura em diferentes temperaturas, conforme o seguinte esquema: 30 °C 15 g K2Cr2O7 + 100 g H2O

30 °C 3,5 g K2Cr2O7 + 20 g H2O

1

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30 °C 2 g K2Cr2O7 + 10 g H2O

3

70 °C 200 g K2Cr2O7 + 300 g H2O

70 °C 320 g K2Cr2O7 + 500 g H2O

70 °C 105 g K2Cr2O7 + 250 g H2O

4

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6

Após a estabilização dessas misturas, analise os sistemas e julgue os itens com C para os corretos e E para os errados. 1) Nas soluções preparadas ocorrem interações entre as moléculas da água e do dicromato de potássio aumentando a solubilidade dessa substância. 2) As soluções 1 e 2 são insaturadas porque a quantidade

de soluto dissolvida é menor que a capacidade máxima de solubilidade dessa substância em 100 g de água na temperatura de 30 ºC.

3) As soluções 3 e 6 são, respectivamente, saturadas, considerando a solubilidade do dicromato de potássio à temperatura de 30 ºC e 70 ºC. 4) As soluções 4 e 5 são supersaturadas por apresentarem mais soluto do que o coeficiente de solubilidade do dicromato de potássio. 5) Para saturar as soluções 1 e 2 serão necessárias adicionar 0,5 g e 5 g do soluto.

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Revisão para a prova

FAÇA NO CADERNO. NÃO ESCREVA EM SEU LIVRO.

1. As três fases características da matéria são: sólida, líquida e

entre os átomos da molécula, mas não entre asmoléculas gasosa. Essas se apresentam com aparências e propriedades e as forças de coesão entre as moléculas são mais fracas, bem diferentes. Várias substâncias se dissolvem na água, por isso possuem temperatura de fusão mais baixa. formando fases aquosas com propriedades diferentes em 3. A distribuição homogênea de cargas nas moléculas favorece termos de coloração, densidade, condutibilidade elétrica etc. certas interações entre elas, enquanto a distribuição Já outras substâncias que não se dissolvem em água, se heterogênea de cargas nas moléculas favorece outros tipos de dissolvem em álcool ou em óleos e formam fases alcoólicas interações. Com base nessas interações, há uma regra geral e oleosas com propriedades diferentes das soluções aquosas. simples que permite prever as diferenças desolubilidade. Um A respeito dos conceitos químicos decorrentes das interações exemplo comum é o uso do querosene pelos mecânicos de e propriedades dos materiais, considereC para as afirmativas automóveis para remover graxa das mãos. corretas e E para as erradas. A respeitoosdas interações das substâncias, 1) Fase da matéria é a forma com que esta se apresenta considere itens marcandoeCdissolução para os corretos eE para os em aparência uniforme no que se refere a composição errados. química e estado físico. 1) Substânciaspolares dissolvem substânciasapolares. 2) As substâncias que se encontram nas fases menos 2) Substâncias apolares dissolvem substâncias polares. condensadas da matéria são caracterizadas pelapresença 3) Substâncias polares dificilmente dissolvem substâncias de interações mais fortes entre os seus constituintes. apolares. 3) A maioria dos sólidos tem constituintes amoleculares, 4) Substâncias de baixa polaridade dissolvem melhor os quais são formados por retículos constituídos por outras de alta polaridade e as muito polares dissolvem redes de ligações entre os constituintes. melhor outras também muito polares. 5) Substâncias de polaridade média podem ser dissolvidas 4) Nos sólidos cristali nos não existe ordenação entre átomos que estão dispostos em arranjos irregulares. parcialmente em solventes muito ou pouco polares. Os cristais desses sólidos possuem faces com ângulos 4. O etanol (álcool comercial – CH 3CH2OH) é utilizado, entre não bem definidos. outras coisas, para esterilizar objetos. Ele mistura-se com 5) O que determina a consistência de materiais naturais, a água em qualquer proporção e dissolve-se bem em como a água e a rocha, ou de materiais artificiais, gasolina. Por isso, é possível utilizá-lo como combustível como a massa de um bolo, são as interações entre misturado à gasolina. A respeito da solubilidade das seus constituintes. substâncias e a polaridade de suas moléculas é ERRADO

Naturalmente, sólidos formados eme condições 2. que favorecem muitos a formação de são cristais grandes perfeitos.

o que se afirmaaquosas, em: como a do álcool e água, são a) Soluções fases da matéria que possuem substâncias iônicas ou Como exemplo podem-se citar as pedras preciosas, formadas de modo lento em diferentes camadas do subsolo, moleculares polares dissolvidas em água. em condições de temperatura e pressão altas. No processo b) Soluções lipídicas são fases em que se encontram de cristalização, formam-se inicialmente pequenos cristais, substâncias moleculares apolares dissolvidas em óleos aos quais os demais íons tendem a se agrupar. Esse processo ou gorduras. é denominado pelos químicos de crescimento de cristais. c) O álcool etanolprovavelmenteé uma substância polarpois possui condições de se dissolver em água e em gasolina. A respeito da classificação dos sólidos, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. d) Substânc ias polares, como o álcool, dificilmente 1) Os sólidos podem ser classificados quanto ao tipo de dissolvem substâncias apolares. ligações entre os seus constituintes. 5. Se não houvesse interação entre as moléculas de água esta seria gasosa na temperatura ambiente. Isso ocorre 2) O sólido metálico apresenta elevada temperatura de fusão porque as unidades do retículo cristalino são os porque existem as forças intermoleculares, que acontece átomos, que fazem ligação metálica que é bastante forte. entre moléculas, ou seja, são externas à molécula. Essas forças são mais fracas do que as ligações iônica 3) Os sólidos iônicos são constituídos pela interação eletrostática entre cátions e ânions, realizam ligação e covalente, ou seja, precisa-se de mais energia para iônica, muito forte, o que justifica a elevada temperatura romper ligações iônicas e covalentes, do que para sólidos. são formados por constituintes 4) de Os fusão sólidosdos covalentes amoleculares que realizam ligação covalente entre os átomos vizinhos do retículo cristalino, formam uma rede tridimensional contínua que se prolonga até o limite físico do sólido. 5) Os sólidos moleculares são sólidos mantidos por moléculas as quais se unem nessa fase sólida por forças intermoleculares. As ligações covalentes estão presentes 280

romper ligações intermoleculares. A respeito das interações intermoleculares, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) Apesar de as moléculas serem constituídas por átomos neutros, que não perdem nem ganham elétrons, existe os dipolos elétricos permanentes e, como consequência, as interações elétricas entre elas. 2) As interações entre as moléculas,forças intermoleculares, são chamadas interações de Van der Waals.

3) Atualmente, são descritos três modelos que explicam as forças intermoleculares, forças de Van der Waals: 8. interações dipolo-dipolo induzido ou força de London, interações dipolo-dipolo e ligações de hidrogênio. 4) Quanto maior a força de Van de Waals, força intermolecular, maior será a temperatura de fusão e de ebulição da substância. 5) Para amudança de fasedo estadode agregaçãoda matéria é necessário sefazer romper as ligações de Van der Waals. 6. Conforme o grau de polarização das moléculas, tanto nos dipolos permanentes como nos induzidos, a intensidade das interações entre as moléculas será maior ou menor, isto, de certa forma, influencia as propriedades das substâncias,

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fortemente com as moléculas vizinhas. A geometria das moléculas favorece algumas propriedades físicas delas . A química computacional é hoje uma ciência que cresce a todo momento, graças à capacidade de simulação de moléculas novas no computador, e, assim, ser possível prever algumas características e comportamentos sobre os materiais. Assim como muitas outras moléculas, a água é estudada neste campo. Sobre ela, sabemos que o fato de ser líquida a temperatura ambiente se deve a alguns fatores. A este respeito, considere os itens marcando C para os corretos e E para os errados. 1) Nas moléculas de água, os átomos de hidrogênio

como a temperatura de ebulição, estado de agregação que possuem quatroaopares elétrons distribuídos uniformemente redor de de seu núcleo, favorecendo estão relacionadas às forças intermoleculares. a formação de ângulos (par de elétrons – núcleo – par A respeito das características das interações intermoleculares de elétrons) de 109º entre si. e das propriedades das substâncias, julgue os itens 2) Há uma retração no ângulo entre as ligações, que passa considerando C para os corretos e E para os errados. a ser de 104º40’, quando aquecemos o gelo, por esse 1) As substâncias que fazem ligação de hidrogênio motivo a água se torna líquida. possuem menor temperatura de ebulição, pois esta 3) Ângulo entre as ligações de 104º40’ é responsável força de interação entre as moléculas são fracas. pela formação de ligações de hidrogênio entre suas 2) Quanto menor a força intermolecular, maior será a moléculas. temperatura de ebulição. 4) A água no estado gasoso apre senta moléculas que 3) Na ebulição, é necessário o rompimento das interações estão fortemente ligadas entre si. Isso ocorre em razão entre as moléculas; nesse estado de agregação as das fortes interações entre elas, em função das ligações interações de Van der Waals serão desprezíveis. de hidrogênio. 4) Nas moléculas polaresé mais fácil aquebra dasinterações 5) A forma angular da molécula de água, com ângulo intermoleculares do que nas moléculas apolares. de 104º40’, confere à substância uma série de 5) Água é líquida em temperatura ambiente por ser propriedades características. formada por moléculas polares, assim, o efeito da 9. Na água, a diferença de eletronegatividade entre átomos polarização acentuada das ligações de hidrogênio é muito maior; existe uma forte interação entre as de oxigênio (3,44) e átomos de hidrogênio (2,20) dipolos gera deslocamento de cargas nas ligações, ocasionando moléculas tornando-as mais próximas, proporcionando, elétricos. Essa característica permite a ocorrência de dessa forma, o estado de agregação líquido. interações entre as moléculas de água, que são relativamente 7. A Terra é um sistema complexo e dinâmico de organismos fortes e responsáveis por muitas das propriedades da água. vivos totalmente dependentes da água, sendo constituídos A este respeito, julgue os itens considerando C para os por quantidades entre 70% a 85% em massa. As corretos e E para os errados. características da água lhe confere o papel central nos 1) A geometria angularda água favorece a anulação dos processos relacionados à vida! dipolos da molécula, conferindo-lhe apolaridade na A respeito da água e suas peculiaridades, julgue os itens molécula. considerando C para os corretos e E para os errados. 2) A elevada temperatura de fusão da água, em relação 1) Tem capacidade de dissolver a maioria das substâncias a outras substâncias (NH3, H 2S e CH4), que possuem químicas. valores de massa molar similares, mas que são gases à 2) Tem capacidade de receber e armazenar energia solar temperatura ambiente, se deve basicamente às ligações e distribuir a energia incidente sobre a superfície de hidrogênio. terrestre, diminuindo variações de temperatura entre 3) As ligações covalentes entre os átomos de hidrogênio os dias e as noites, sem a qual seria impossível a vida e oxigênio na molécula conferem uma maior densidade como conhecemos. quando a água está no estado sólido; elas são

3) Participa processos de gástrico), nosso corpo, auxiliandoem na diversos digestão (saliva e suco na manutenção da temperatura corporal (suor), no transporte de nutrientes e gases até as células (sangue). 4) A única substância encontrada naturalmente nos três estados de agregação: sólido, líquido e gasoso. 5) As moléculas de água não têm existência isolada. Elas encontram-se formando uma estrutura em rede tridimensional na qual as moléculas interagem 281

responsáveis pela flutuação dos icebergs nos mares. 4) No gelo, as ligações de hidrogênio provocam arranjo cristalino bem organizado e com grandes espaços vazios no seu interior. Como resultado, o sólido é menos denso que o líquido. 5) As ligações de hidrogênio são responsáveis por outra propriedade fundamental da água, que também favorece as condições para a vida em nosso planeta: o elevado calor específico.

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10. A grande quantidade de água na superfície de nosso planeta contribui, também, para o fluxo da energia térmica absorvida da radiação solar. Isso ocorre pela movimentação de correntes marítimas e pelo processo de evaporação e condensação. A evaporação de grandes quantidades de água nas regiões tropicais esfria o ambiente ao consumir energia. Já nas regiões polares, o processo de condensação libera energia, aquecendo o ambiente. Assim, cerca de 20% da energia solar absorvida nos trópicos são transportados pelos vapores de água às regiões mais frias. A este respeito, julgue os itens considerando C para os corretos e E para os errados. 1) A explicação do texto acima se deve, quimicamente,

ao elevado calor específico da água alíquida ser 4,184 J/g ⋅ °C. Ou seja, para elevarmos temperatura de um grama de água em um grau Celsius (de 14,5 °C a 15,5 °C) é necessária uma quantidade de energia igual a 4,184 joules. 2) O calor específico da água é igual, se comparado, à quantidade de energia necessária para aquecer outras substâncias nessas mesmas condições. 3) Qualquer quantidade de água requer, para evaporar, 500 vezes mais energia do que a necessária para aumentar em 1 °C sua temperatura. Para congelar certa quantidade de água, é necessário retirar 80 vezes mais energia do que a retirada para diminuir 1 °C dessa mesma quantidade de água. Isso evita que a Terra tenha variações muito bruscas de temperatura, tornando pequenas as variações de temperatura entre os dias e as noites. 4) Por ter pouca quantidade de água, os desertos

a) No forno de micro-ondas gera radiações, as moléculas de água contidas nos alimentos absorvem as radiações e, com isso, aumentam a vibração de suas ligações, causando aquecimento. b) Nas moléculas, existe um movimento dos átomos que em parte tornou possível a invenção do micro-ondas. c) As micro-ondas atuam basicamente em moléculas de água. Alimentos ou recipientes que não contenham água não são aquecidos. d) As vibraçõesmoleculares da água ocorrem em frequências compreendidas na região das micro-ondas. Quando uma molécula de água vibra, ela afeta as moléculas vizinhas às quais está unida por ligações de hidrogênio. e) As vibrações de estiramento e de dobramento são chamadas vibrações moleculares, são elas as responsáveis pelo aquecimento dos alimentos. 13. As ligações de hidrogênio têm tempo variável de existência. Na água, a duração da ligação de hidrogênio é muito pequena – aproximadamente 10 –9 segundos. Chamamos de viscosidade de um líquido a resistência que ele oferece ao movimento de suas partes. A este respeito, é INCORRETO o que se afirma em: a) Um líquido muito viscoso não escoa facilmente. b) Um líquido pouco viscoso escoa com mais facilidade. c) A viscosidade da água que permite a formação de gotas. d) A duração da ligação de hidrogênio determina a capacidade de um líquido em formar gotas. e) A viscosidade da água não varia com o aumento da temperatura, pois as ligações de hidrogênio não são

apresentam temperaturas que podem ultrapassar as únicas ligações que atuam neste comportamento. 50 °C durante o dia e, à noite, apresentam temperaturas 14. A água é conhecida como solvente universal, por ser próximas de 0 °C. Por isso, nesses locais, o calor é capaz de dissolver uma grande diversidade de substâncias escaldante durante o dia, e o frio, à noite, rigoroso. ou materiais. Um bom exemplo dessa capacidade de 5) O elevado calor específico da água em re lação a dissolução da água são os mares e oceanos que são bons outras substâncias se deve basicamente às ligações de acumuladores de materiais dissolvidos pelos rios nos hidrogênio. continentes. Eles formam uma imensa solução que possui 11. A coloração da água está relacionada às ligações de cerca de 35 gramas de sólidos dissolvidos por litro. Nesse hidrogênio e às suas vibrações. Estudos demonstram sólido, encontramos átomos de mais de 64 elementos que, quando dois átomos estão ligados, aproximam-se químicos diferentes. e afastam-se constantemente. Essa alteração vibracional A este respeito da julgue os itens considerando C para os ocorre com a absorção de energia. No caso da água, não corretos e E para os errados. ocorre absorção da luz na frequência correspondente à 1) A facilidade com que a água dissolve diferentes tipos região do azul, sendo ela, portanto, refletida. A mesma de substância deve-se à sua geometria e à distribuição tonalidade azulada é muitas vezes vista nas formações de de cargas de suas moléculas. gelo. Esse movimento é denominado: 2) A polarização de cargas nas moléculas da água impede a) vibrações reticulares. c) estado vibracional. a separação de íons que estiverem fortemente unidos b) vibrações polares. d) vibração molecular. atração eletrostática. 12. Diferentemente dos fornos elétricos ou a gás, o forno de 3) por A água é o solvente mais abundante em nosso planeta, micro-ondas não fornece calor: ele g era radiações com 9 sendo sua quantidade estimada em aproximadamente frequência de 2,45 ⋅ 10 hertz. No forno, essas radiações 1,5 ⋅ 1021 litro. são direcionadas ao compartimento onde ficam os 4) A substância extraída em maior abundância da água alimentos. Por causa da capacidade de penetração dessa do mar é o cloreto de sódio (NaCl): em torno de 27 radiação, alimentos são cozidos por inteiro, e não a partir gramas por litro. da superfície, como nos fornos a calor. 5) A facilidade com que a água dissolve diferentes tipos O aquecimento e O cozimento dos alimentos no microondas se devem ao fato de que: de substância deve-se à seus estados de agregação. 282

Gabarito CAPÍTULO 1 Exercícios 8. 1) E 2) C 3) E 9. 1) C 2) E 3) C 4) E 10. 1) E 2) C 3) E 20. 5,5 g/cm3 22. a 23. d 24. d 25. A – álcool B – água 26. 27. 36. 37. 38. 47. 48. 53. 54.

bc 1) C 2) 3) C 4) E b b 1) E 2) C 3) C d d c

Revisão para a prova D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

1) C 2) E 3) C 4) C 5) C 6) C 7) C 8) E 1) C 2) C 3) E 4) C 5) E 6) C 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 6) E a 1) C 2) C 3) C 4) C 5) E a 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C

8. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) E 9. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) E 10. 1) E 2) C 3) C 4) C 5) E 11. 1) E 2) C 3) C 4) E 5) C 12. a 13. 1) E 2) C 3) C 4) C 14. 1) C 2) C 3) E 4) E 5) C 16. 1) E 2) C 3) C 4) C 5) E 17. 1) E 2) E 3) C 4) C 5) C 18. a 19. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) C

CAPÍTULO 2 Exercícios 8. 1) C 2) E 3) E 4) C 12. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) E 13. 1) E 2) E 3) C 4) E 14. d 15. a, b, d 16. a 17. c 18. 1) E 2) C 3) E 4) C 5) C 19. e 26. 1) C 2) C 3) C 4) E 27. 1) E 2) C 3) E 4) E 5) C 6) C 7) C 28. 1) E 2) C 3) C 4) E

29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39.

a) C b) C c) C d) C e) E f) E d 1) C 2) E 3) C 4) E 5) E a e e a) C b) C c) C d) E e) E f) C g) E 1) E 2) C 3) E 4) C 5) E a) C b) C c) C d) E e) E e e

62. b 74. d 75. b 78. a 79. b 81. 1) E 2) C 3) E 4) E 5) C 82. Vf = 1000 dm3 84. 288 balões 86. T2 = 500 K 87. 36,59 libras 89. 331,98 K

40. 43. 44. 45.

1) a E 2) C 3) C 4) E 5) E a 1) C 2) C 3) C 4) E 5) E

f 90. 26,90 96. V a) =C b) E c) LE d) E 97. a) C b) E c) C d) C e) E 98. a 100. 615 L de N2

Revisão para a prova 1. 1) E 2) C 3) C 4) E 5) E 2. 1) C 2) C 3) C 4) E 5) C 3. 1) C 2) C 3) C 4) E 4. a 5. 1) C 2) C 3) E 4) E 5) C 6. 1) C 2) E 3) C 4) E 5) C 7. 1) C 2) C 3) E 4) E 5) E 8. d 9. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) E 10. a 11. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 6) C 12. 1) C 2) C 3) C 4) C 13. 1) C 2) C 3) E 4) E 5) C 14. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 15. 1) C 2) C 3) C 4) E 5) C

CAPÍTULO 3 Exercícios 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 24. 31. 32. 33. 34. 35. 37. 38. 39. 48. 51. 55.

c 1) E 2) E 3) E 4) C 5) C 1) C 2) C 3) C 4) E 1) C 2) E 3) E 4) C b d 1) E 2) C 3) C 4) E 5) C a) C b) E c) C d) C e) E 1) E 2) C 3) E 1) E 2) C 3) C 4) E 5) E 1) E 2) E 3) E 4) E 5) C 1) E 2) C 3) E 4) E a d 1) E 2) E 3) E 4) E c 1) E 2) E 3) E 4) C 5) E 525 600 min 112,654 km/ h 21,7 m3 283

Revisão para a prova 1. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) E 2. 1) E 2) E 3) C 4) E 5) E 3. c 4. 1) E 2) E 3) C 4) C 5) C 6) C 5. 1) C 2) E 3) E 4) E 5) E 6. 1) C 2) C 3) E 4) C 5) E 6) E 7) E 7. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) C 6) C 8. c 9. a 10. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) E 11. 1) E 2) E 3) C 4) E 5) E 6) E 7) E 12. 13. 14. 15. 16.

1) CC 2) 2) EE 3) 3) CC 4) 4) EC 5) C 1) 1) C 2) C 3) C 4) C 5) E 6) E 1) C 2) C 3) E 4) C 5) E 6) E a

CAPÍTULO 4 Exercícios 5. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 19. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) E 20. c 21. d 22. e 23. d 24. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) E 32. a 34. b 35. e 36. e 37. e 38. a) E b) C c) C d) C 39. a) E b) C c) E d) C e) C f) C 40. c 41. c 43. c 44. 1) D 2) E 3) C 4) C 5) E 45. 1) E 2) C 3) E 4) E 5) C

48. e 49. a 50. a 51. 1) C 2) C 3) E 4) E 52. d 53. b 54. a 55. a 56. b 57. a) E b) C c) E d) C e) C 58. c 59. b 60. c 61. e

7. 1) C 2) E 3) C 4) E 8. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) C 6) E 7) C 8) C 9) C 9. 1) C 2) C 3) E 4) C 5) C 10. 1) E 2) E 3) E 4) C 5) C 11. 1) E 2) E 3) E 4) E 12. d 13. 1) E 2) E 3) E 4) E 5) C 6) C 7) E 14. c

Revisão para a prova

15. 16. cb 17. d 19. AB 21. d 23. 1) C 2) E 3) C 4) E 5) C 24. 1) C 2) E 3) C 4) E 25. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) E 26. a 27. c 28. e 44. 1) C 2) C 3) E 4) E 5) E 6) C 46. d 47. a) C b) E c) C d) E 48. 1) E 2) C 3) C 4) E 5) C 49. e 50. 1) E 2) E 3) E 4) C 5) E 51. a) E b) C c) E d) C e) E f) E 52. 1) E 2) E 3) E 4) E 53. d 58. b 59. c 61. C10H12O2 62. d 64. d 65. c 66. d 67. d 68. d 70. c 71. c 72. d 73. d 74. 1) E 2) C 3) C 4) E 5) E 75. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) C

1. a 2. a 3. b 4. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 5. 1) C 2) C 3) E 4) C 5) C 6) C7) E 6. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) E 6) C 7. 1) E 2) E 3) E 4) E 5) E 6) C 8. 1) E 2) E 3) E 4) C 5) E 6) E 7) C 8) C 9. 1) C 2) C 3) C 4) C 10. 1) E 2) C 3) C 4) C 5) C 11. 1) E 2) C 3) C 4) E 12. 1) E 2) C 3) C 4) E 5) E 6) C 13. 1) C 2) C 3) E 4) E 5) C

D L N P O Ã Ç A G L U Exercícios IV 12. c D 14. e 15. d 16. 1) C 2) C 3) C 4) E 17. b 18. 1) E 2) C 3) C 4) E 5) C 19. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) C 20. a 23. 1) E 2) E 3) C 4) C 5) C 24. d 31. e 32. 1) C 2) E 3) C 4) E 5) C 33. c 34. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) E 35. a 39. a

CAPÍTULO 5

40. e 41. c

Revisão para a prova 1. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 6) C 7) C 2. a 3. 1) C 2) C 3) C 4) E 5) E 4. 1) E 2) E 3) E 4) E 5) C 6) E 7) C 8) E 9) E 10) C 5. 1) E 2) E 3) E 4) C 5) C 6. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 6) C

CAPÍTULO 6 Exercícios 9. 1) C 2) E 3) C 4) E 5) C 10. b

76. c 77. 1) C 2) C 3) E 4) E 78. 1) E 2) E 3) C 4) C 5) C 79. e

4. 1) E 2) C 3) E 4) C 5) E 6) C 7) C 5. 1) C 2) C 3) E 4) E 6. 1) E 2) C 3) E 4) E 5) C 6) C 7. 1) C 2) E 3) C 4) E 8. 1) E 2) C 3) E 4) E 9. 1) C 2) C 3) E 4) E 5) E 6) C 10. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) C 6) E 7) C 11. 1) E 2) C 3) E 4) C 5) E

CAPÍTULO 7 Exercícios 2. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) C 4. b 5. e 9.b 10. e 12. d 13. d 14. b 22. c 23. a) C b) C c) C d) C 24. c 25. a) E b) E c) E d) E e) E 26. d 27. b 28. b 29. b 39. 1) C 2) C 3) E 4) C 40. 1) C 2) C 3) E 4) C 5) E 41. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) E 42. 1) E 2) C 3) C 4) C 5) E 56. 1) E 2) C 3) C 4) E 5) E

Revisão para a prova 1. 1) C 2) E 3) C 4) E 5) C 2. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 3. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) E 4. d 5. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 6. 1) E 2) E 3) C 4) E 5) C 7. 1) C 2) C 3) C 4) C 5) C 6) C 8. 1) E 2) E 3) C 4) E 5) C 9. 1) E 2) C 3) E 4) C 5) C 10. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) C

Revisão para a prova 1. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) E 2. 1) E 2) E 3) C 4) E 3. 1) C 2) E 3) E 4) C 5) E 6) E 7) C 8) C 284

11. d 12. a 13. e 14. 1) C 2) E 3) C 4) C 5) E

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286

Segurança no laboratório Como alguns dos materiais e reagentes manipulados nos experimentos podem ser potencialmente perigosos, é necessário que o trabalho seja feito com rigor e cuidado, respeitando normas e procedimentos de segurança que, embora possam parecer simples e óbvios, são fundamentais para um resultado produtivo e seguro. Leia com atenção algumas normas básicas de segurança que devem ser respeitadas em qualquer atividade experimental. n ti e u q e S o ld a vs O s: e õ ç a trs lIu

Com coisa séria não se brinca! É expressamente proibido brincar durante a realização dos experimentos. A moda no laboratório não muda! Você deve usar guarda-pó (avental ou jaleco), luvas e óculos de proteção. Recomendam-se o uso de calça comprida, sapato fechado e cabelos longos amarrados para trás.

Bancada de laboratório não é estante de livros! Deixe sobre a bancada (mesa) somente o material em uso. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Será que já terminei? Antes de se retirar do laboratório, lave as mãos, desligue todos os aparelhos e verifique se não há torneiras (de água ou gás) abertas.

Substâncias de laboratório não são cremes! Evite contato de qualquer substância com a pele, boca e olhos.

E agora? Qualquer incidente deve ser comunicado imediatamente ao professor. Ele certamente saberá o que fazer.

Pense antes de fazer! Leia atentamente as instruções antes de realizar qualquer atividade, prestando atenção às recomendações. Consulte o rótulo dos reagentes para certificar-se de que está usando a substân cia correta, na quantidade indicada.

Tenha muito cuidado, pois o material pode ser irritante ou corrosivo.

Cuidado para não Material se queimar inflamável

Esteja bastante atento se o procedimento envolver algum tipo de aquecimento.

Contribua para o ambiente. Use pequenas quantidades de materiais para gerar o mínimo de resíduos. Antes de descartá-los, consulte o professor sobre onde destiná-los. Alguns podem ser reaproveitados. Muitos podem causar sérios problemas ambientais. Limpeza. Mantenha o local de trabalho sempre limpo.

Laboratório não é lanchonete, muito menos local para fumar! Não fume, coma ou beba no laboratório, pois pode ocorrer contaminação por substâncias tóxicas.

Evite contato direto com o material

Professor, como se faz? Determinadas operações só devem s er realizadas depois que o professor explicar como proceder. Isso vale principalmente para o aquecimento e o descarte de materiais e para a manipulação de substâncias corrosivas.

Dúvida? Pergunte ao professor. Muito cuidado! Esteja atento aos símbolos de advertência que acompanham os experimentos deste livro.

Cuidado com este Não desperdice procedimento Muitos produtos

Evite colocar esse material perto de algum lugar com sistema de aquecimento (chama, aquecedor elétrico, entre outros).

Tenha atenção redobrada para evitar algum acidente, como choque elétrico, quebra de vidros, entre outros.

288

químicos podem agredir o meio ambiente. Use somente o que for recomendado no roteiro.

Destine corretamente o resíduo

Siga as recomendações indicadas para o destino adequado de resíduos, reduzindo o impacto ambiental.

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Assessoria pedagógica

A você, professor “Se nada ficar destas páginas, algo, pelo menos, esperamos que permaneça: nossa confiança no povo. Nossa fé nos homens e na criação de um mundo em que seja menos difícil amar.” Paulo Freire

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Mudanças no Ensino Médio vêm ocorrendo desde o final do século passado, mas somente aos poucos elas vão se concretizando na realidade escolar. Propostas de contextualização, abordagem interdisciplinar, formação para a cidadania, entre outras, já estão presentes em documentos legais e textos didáticos há mais de uma década. As provas do Enem e de muitas universidades já têm incorporado, há muito tempo, questões contextualizadas e interdisciplinares. Essas são mudanças que já estão se concretizando, e para alcançá-las se faz necessário um novo livro didático. Este livro foi produzido com essepropósito. A característica marcante dele estáno caráter inovador. Fundamentados em princípios teórico-metodológicos, buscamos unir resultados de pesquisas em ensino de Química a uma proposta curricular que se enquadre às Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (DCNEM) e ao que vem sendo discutido na Base Nacional Comum Curricular (BNCC). Tivemos a preocupação central de apresentar os conteúdos de Química, da forma mais clara possível, para os alunos, buscando justificar a srcem conceitual. O nosso compromisso é com o aprendizado de conceitos e não com a memorização descontextualizada de termos químicos. Acreditamos que, assim, os alunos vão adquirir uma base sólida do conhecimento químico para progredirem em seus estudos. Ao mesmo tempo, vão desenvolver a capacidade argumentativa, requerida nos exames de ingressono Ensino Superior e nos processos seletivosdo mercado de trabalho. Em consonância com a legislação, a contextualização temática de nosso livro possibilitará condições para a formação crítica, de nossos alunos, sobre o contexto tecnológico de nossa sociedade. A partir dessa contextualização, será possível desenvolver atitudes positivas para o engajamento no processo de mudança de nossa sociedade, sobretudo, aquelas que se tornam desafiadoras em relação ao ambiente. Conhecemos a dura realidade do dia a dia da sala de aula, que vivenciamos cotidianamente como você. Provavelmente a sua condição poderá ser mais dificultosa do que a nossa... Isso, de fato, tem sido grande obstáculo para a implementação de reformas educacionais. Pensando nessa situação, procuramos, na concepção deste livro, incorporar mudanças compatíveis com a realidade da escola brasileira. É assim, colega professor, que o convidamos para um diálogo, no intuito de que, ao trocarmos nossas experiências de sala de aula, possamos ajudá-lo na tarefa de planejamento e execução de suas ações pedagógicas na utilização do livro. Não é nossa intenção apresentar um manual de regras sobre como ensinar Química, mas um livro aberto que desperte reflexões. O que queremos é auxiliá-lo a utilizar o livro didático como ferramenta para a organização de um currículo que atenda às necessidades de seu público, com base na sua experiência profissional e no conhecimento da realidade específica de seus alunos. Esperamos que o seu trabalho pedagógico, com o nosso, livro seja muito prazeroso.

Um forte abraço dos autores

SUMÁRIO 1

FORMAÇÃO DO PROFESSOR.................................................................................................292 Autonomia do professor ......................... ........................... ........................... .......................... 292 Educação, inclusão e diversidade ....................................................................................................293 O processo de avaliação ..................................................................................................................293 Atualização do professor ................................................................................................................. 294

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296 ORIENTAÇÕES TEÓRICO-METODOLÓGICAS................................................................ O Ensino Médio e a formação da cidadania .......................... 296 .......................... ........................... Documentos legais e o ensino de Química .......................................................................................297 Contextualização social, abordagem temática e interdisciplinaridade ............................................... 299 Construção e mediação do conhecimento ...................................................................................... 300 Linguagem da Ciência .................................................................................................................... 302 Visão de Ciência e das interações Ciência-Tecnologia-Sociedade ...................................................... 303

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COMO FAZER USO DA OBRA.................................................................................................304 Seleção dos conteúdos da obra para o planejamento didático ..................................................... 304 Tratamento e organização dos conceitos químicos .......................................................................... 306 Abordagem de temas sociocientíficos na contextualização social, cultural e histórica ....................... 308 Práticas de investigação e linguagem científica .................................................................................310 Formas de uso do livro ....................................................................................................................310 As seções do livro ...........................................................................................................................312

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ORIENTAÇÕES E SUGESTÕES METODOLÓGICAS ESPECÍFICAS PARA O VOLUME...........................................................................................318 Orientações sobre articulação dos conceitos químicos ................................................................. 318 Sugestões de atividades pedagógicas ..............................................................................................318 Sugestões de atividades adicionais .................................................................................................. 322 Referências bibliográficas complementares .......................................................................................329

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RESOLUÇÃO DOS EXERCÍCIOS..............................................................................................331 Capítulo 1

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...........................

..........................

...........................

.......................

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Capítulo 2 .......................................................................................................................................335 Capítulo 3 ...................................................................................................................................... 340 Capítulo 4 ...................................................................................................................................... 347 Capítulo 5 ...................................................................................................................................... 352 Capítulo 6 ...................................................................................................................................... 356 Capítulo 7 ...................................................................................................................................... 363

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Formação do professor “Ensinar não é transferir conhecimento, mas criar as possibilidades para a sua própria produção ou a sua construção.” Paulo Freire

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Vamos iniciar o nosso diálogo sobre as orientações o Ensino Médio, as escolas dispõem de flexibilidade para para o uso de nosso livro didático, refletindo sobre as elaborar o seu próprio plano pedagógico, com base no condições básicas de formação do professor. Entendemos planejamento de seus professores. que a profissionalização do magistério implica o processo É preciso que o professor busque a criatividade e contínuo de qualificação do professor. Isso ocorre de proponha diferentes estratégias didáticas, idealizando diversas maneiras, desde cursos presenciais fornecidos maneiras inovadoras de explorar suas aulas. Nenhum pelas Secretarias de Educação, instituições de Ensino sistema de ensino conseguiu, ainda, substituir a figura Superior até cursos a distância. do professor na condução do processo didático. A nossa crença, todavia, é que além da formação qualificada por meio de cursos reconhecidos, a formação Esta obra traz maneiras diferenciadas de tratamento do professor também se dá por meio de um processo dos textos, como contextualização por meio de temas sociocientíficos, que se referem aos aspectos sociais, contínuo de investigação sobre a sua própria prática. políticos, econômicos, culturais, históricos, éticos Neste primeiro capítulo de orientações, vamos destacar e ambientais, relacionados à Ciência e Tecnologia; alguns essenciais que o professor precisa uma resgatar em suapontos formação teórico-prática, para construir nova prática em sala de aula. Eles se concentram na autonomia do professor, no princípio da inclusão e do respeito à diversidade, e no entendimento do processo avaliativo de maneira global. Além de refletirmos sobre esses pontos, vamos apresentar algumas sugestões de possibilidades de atualizações do professor.

1

Autonomia do professor

Uma das tarefas inalienáveis do professor é o planejamento didático. Os princípios orientadores das Diretrizes Curriculares da Educação Básica e do Ensino Médio, bem como dos documentos veiculados da Base Nacional Comum Curricular, que continuidade ao que já vinha sendo estabelecido nosdão documentos anteriores de Orientações e Parâmetros Curriculares Nacionais para o Ensino Médio, apresentam diretrizes para orientar esse planejamento. As Secretarias de Educação estaduais e municipais também elaboram orientações curriculares. Todas essas orientações oficiais, entretanto, não determinam, de forma impositiva, como o professor deve ensinar, pois, como previsto nas Diretrizes Nacionais para

de experimentos; de problematização teórica; e de atividades que envolvem, cognitivamente, os estudantes no aprendizado dos conceitos científicos. Isso foi propositadamente planejado, para ilustrar as inúmeras possibilidades que existem para se explorar o conteúdo, pois é a diversidade de opções que fortalece a autonomia do professor. Entendemos, de acordo com Paulo Freire, que o trabalho educacional deve ser direcionado com base na realidade e nas necessidades da comunidade escolar. Assim, vez por outra, o que aparece em foco, em nossos capítulos, pode não se aplicar exatamente a um contexto escolar específico. Nesse caso, o ideal é que os textos e as sugestões de atividades sejam apenas o ponto de partida para o professor elaborar outros textos e atividades que abordem os mesmos aspectos e sejam mais adequados à sua comunidade, de modo a ampliar a compreensão do problema. Em síntese, a proposta central de nosso material didático está no respeito à diversidade de condições dos professores, de forma que tenham a liberdade para atuar na condução do processo pedagógico com a maior autonomia possível.

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Educação, inclusão e diversidade maior dificuldade se dá na apropriação da linguagem. Por

Em diferentes épocas da história da civilização, pessoas, que apresentavam alguma deficiência, foram tratadas de diversas formas. Muitos povos antigos sacrificavam bebês que apresentavam alguma deficiência física ou mental. Na Roma Antiga, era comum jogar, nas redes de esgoto, crianças que tivessem alguma anomalia. Durante a Idade Média, deficientes, que sobreviviam a essa seleção inicial, eram abrigados em igrejas, como retrata o livro O Corcunda de Notre Dame. Embora tenham ganhado o direito de viver, até o século XX essas pessoas eram,

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normalmente, isoladas do convívio social. Durante o século passado, essa visão começa a mudar e, em 1948, passam a ter direito por meio da Declaração Universal dos Direitos Humanos, que afirma a qual “Todo ser humano tem direito à educação”. Na década de 1970, nos Estados Unidos da América, avançam ideias e ações sobre a inclusão, devido ao grande número de soldados mutilados na Guerra do Vietnã. O marco brasileiro do início dessa mudança de postura é uma emenda à Constituição brasileira, aprovada em 1978, que afirma: “É assegurada aos deficientes a melhoria de sua condição social e econômica especialmente mediante educação especial e gratuita”. Essas ideias e ações inclusivas muito evoluíram durante as décadas seguintes. A Lei de Diretrizes e Bases, aprovada em 1996, sinaliza que a educação de diferentes portadores de necessidades especiais deve ser realizada, preferencialmente, nas redes públicas de ensino. Em 1998, o MEC aponta anecessidade de que sejam feitas adaptações aos Parâmetros Curriculares Nacionais, com o objetivo de desenvolver estratégias para a educação formal de alunos com necessidadeseducacionais especiais. Por isso, em 2001, são publicadas as Diretrizes Nacionais para a Educação Especial na Educação Básica. De acordo com tais diretrizes, as escolas devem “estabelecer políticas efetivas e adequadas à implantação da educação especial”. Não se sentindo preparado para lidar com essas situações, você pode buscar orientações nas Secretarias de Educação ou mesmo no MEC. Entretanto, você poderá desenvolver muitas ações em sua sala de aula, que vão favorecer a inclusão de seus alunos. Nessa busca pela inclusão, você, professor de Química, poderá se deparar, entre outras situações, com alunos surdos e alunos com deficiência visual. No caso do aluno surdo, esta obra já apresenta um diferencial, que favorece sua aprendizagem: a riqueza visual. A grande dificuldade desse aluno não é a surdez. Isso ele pode compensar por leitura labial ou pela utilização da Língua Brasileira de Sinais (Libras). Sua

isso, além de cuidados práticos, como falar virado para o aluno – permitindo-lhe ler seus lábios –, esse aluno poderá necessitar de esclarecimentos adicionais sobre novos conceitos apresentados na disciplina. Um recurso, que muito favorece esse aluno, é a utilização de imagens e diagramas. Para o aluno deficiente visual (DV), o grande problema se dá no fato de a Química ser trabalhada em três diferentes níveis: macroscópico, microscópico e representacional. A primeira dificuldade aparece no nível macroscópico, visto que estudamos fenômenos que geralmente são percebidos por meio de nossa visão. Entre as maiores evidências da ocorrência de reações químicas estão a mudança de cor, a formação de precipitado e a liberação de gases. Para diminuir tais dificuldades, você pode adaptar atividades, permitindo que seu aluno tenha acesso à transformação por meio de outros sentidos. O nível representacional é outro desafio, visto que a Química utiliza uma linguagem de sinais próprios carregados de significados. Nesse sentido, a Secretaria de Educação Especial do Ministério da Educação (http://portal.mec.gov.br/seesp/) desenvolveu a Grafia Química Braile, que poderá auxiliar em muito o aluno DV. Essas são apenas algumas das recomendações, mas, certamente, outros tipos de caso de portadores de necessidades especiais podem surgir em sua sala de aula. Lembre-se que o direito à educação é para todos, portanto, além dos portadores de necessidades especiais, muitos outros grupos, que sistematicamente vêm sendo discriminados em nossa sociedade, necessitam atenção especial para que também tenham acesso à educação de qualidade. Pensar em ensino paracidadania é desenvolver, nos alunos, valores éticos e assumir, em sala de aula, atitude de respeito às diferenças de grupos sociais, quer seja em relação à raça, à etnia, às preferências sexuais, à posição social ou às localidades em que residem. Nesse sentido, você poderá explorar os temas desta obra de forma que sejam incluídos textos que tratem de questões de sua comunidade, como a Química presente em zonas rurais, a Química para comunidades indígenas, a Química na cultura popular etc. Em nossas pesquisas, temos nos preocupado com essas questões e mais, especificamente, com a educação de deficientes visuais. Colocamo-nos à disposição para auxiliar no que for preciso nesse sentido.

3

O processo de avaliação

Uma proposta pedagógica centrada no desenvolvimento de atitudes e valores, competências e

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habilidades, por meio de uma vivência ativa do aluno em sala de aula, mediada pelo professor, pressupõe também uma mudança no processo avaliativo. Este, na maioria das escolas, tem se restringido à avaliação somativa de verificação do conhecimento assimilado. Esperamos que esse não seja o método exclusivo adotado pelos professores que optarem por este livro. No nosso entendimento, a avaliação deve ultrapassar os limites quantitativos e incorporar quatro dimensões: diagnóstica, processual/contínua,cumulativa e participativa, possibilitando, ao professor, uma constante revisão de suas aulas, para adequá-las ao ritmo de aprendizagem

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de seus estudantes. Realizar desse nível, sabemos, não é tarefa muitouma fácil avaliação para o professor, em razão da complexidade do processo em contraste com as dificuldades enfrentadas, atualmente, em relação às condições de trabalho. Por termos sempre em mente essa problemática, a nossa sugestão é que o processo seja desenvolvido de acordo com o contexto escolar, o sistema adotado pela instituição, os recursos que o professor tenha à sua disposição e a própria dinâmica da escola, dos alunos, do currículo etc. Todavia, é fundamental, seja qual for o sistema que o professor adote, que se incorpore aos critérios avaliativos, de alguma forma, o envolvimento do aluno nas diversas atividades de construção do conhecimento. Ao centralizar o processo de ensino eaprendizagem na dinâmica discursiva da aula, com atividades diversificadas, o processo avaliativo passa a requerer, mais do que nunca, um caráter inclusivo, no sentido de estimular a autoconfiança do aluno e a participação dele. Para isso, o engajamento dos alunos nas atividades precisa ser natural, autônomo e assumido como crescimento pessoal. Os estudantes têm, realmente, de se sentir sujeitos do processo e não apenas executores de tarefas escolares, com o objetivo exclusivo de acumular pontos para a avaliação final. Isso implica o estabelecimento de mecanismos para estimular a inclusão do aluno, ao mesmo tempo desafiando-o a ser participativo, crítico e criativo. O ideal é que o estudante seja avaliado não apenas pela entrega de relatórios dos experimentos, das respostas dos exercícios ou da realização de trabalhos escolares sobre os temas abordados, mas também pelo seu engajamento nos debates em sala de aula, pela sua participação nas atividades. Trata-se de uma incumbência talvez trabalhosa para o professor, mas a adoção de instrumentos de autoavaliação de forma participativa da turma, com discussão reflexiva e orientada, poderá auxiliar no processo. Finalmente, é importante destacar alguns pontos, no que diz respeito aos instrumentos avaliativos, tais como

provas e testes. O aconselhável é selecionar questões que avaliem as competências dos estudantes nos aspectos de análise, interpretação, ponderação e avaliação; isso, sim, é fundamental para o seu entendimento conceitual. O que se busca é desenvolver, no estudante, a competência de questionar o outro, o mundo e a si mesmo, contribuindo para a formação de um cidadão crítico. No novo livro, introduzimos uma nova seção “Revisão para a prova”, que visa auxiliar o aluno na revisão do conteúdo e no preparo para responder questões no modelo do Exame Nacional do Ensino Médio. Mais adiante, comentaremos sobre essa nova seção.

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Atualização do professor

A atualização de todo profissional é condição fundamental em todos os ramos. As mudanças em regras e orientações são constantes e exigem que o professor busque sempre sua atualização. Entendemos que, diante de suas condições de trabalho e do ritmo crescente do conhecimento, o professor não tem como permanecer totalmente atualizado em todos os campos do conhecimento, afinal não somos uma enciclopédia ambulante. O que defendemos é que o professor desenvolva uma atitude de busca constante de novas leituras e participação em cursos de aperfeiçoamento. É essa atitude que devemos desenvolver em nossos alunos, para que eles compreendam que a participação em nossa sociedade requer o estudoe a leitura constantes. Já passamos da época da memorização de conteúdos, pois estes a todo o momento são atualizados. O que precisamos é da competência da busca da interpretação dos novos conhecimentos; é essa a preocupação central deste livro. Existe, atualmente, uma literatura muito vasta na área de Ensino de Ciências e de Química. São mais de 10 livros lançados no mercado, anualmente, sobre a mais variada temática, que vai desde materiais de ensino às reflexões epistemológicas. Particularmente, recomendamos uma obra que sintetiza os princípios didático-pedagógicos orientadores deste coleção de Química: SANTOS, W. L. P.;MALDANER, O. A. (Orgs.). Ensino de Química em foco. Ijuí: Unijuí, 2010. Essa referida obra foi escrita para professores de Química do Ensino Médio, sendo uma referência na área, pela sua abrangência em conteúdos que buscaresponder as questões focais do Ensino de Química: Por quê ensinar? O que ensinar? Como ensinar ? A obra sintetiza as principais

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por Secretarias de Educação e instituições de Ensino Superior, bem como em encontros e congressos de educação, os quais são apresentados a seguir. São realizados, regularmente, encontros sobre o ensino de Química nas diversas regiões do País, que promovem discussão de temas atuais, oferecem minicursos, palestras e espaços para apresentação de trabalhos. Geralmente, esses encontros duram de dois a três dias e, muitas vezes, são desenvolvidos em parceria com as Secretarias de Educação, viabilizando a liberação dos professores para participar das atividades programadas. Destacamos, no quadro a seguir, eventos tradicionais Ensino de Ciências quanto de Ensino de Química. oferecidos com muita regularidade e que, com facilidade Uma outra forma essencial de atualização doprofessor podem ser encontrados na rede da internet, com ajuda é por meio de cursos de formação continuada, oferecidos de sites de busca. tendências e contribuições das pesquisas para o Ensino de Química sobre tópicos de ensino para cidadania, histórico do ensino de Química no Brasil, legislação e orientações legais, interdisciplinaridade, enfoque CTS, Educação Ambiental, História e Filosofia da Ciência, linguagem científica e linguagem cotidiana, modelos e modelagem no ensino de Ciências, experimentação, livro didático, diversidade de aprendizagens, avaliação e produção do conhecimento do professor de Química. É uma obra de fácil aquisição pelo catálogo da Editora da Unijuí, disponível na rede da internet. No catálogo dessa editora há uma variedade de outros livros, tanto de

EVENTO

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RESPONSÁVEL /PERIODICIDADE

ENEQ

Encontro Nacional de Ensino de Química

Organizado pela Divisão de Ensino de Química da Sociedade Brasileira de Química (SBQ), é realizado bianualmente nos anos pares, geralmente no mês de julho. É o maior evento da área que ocorre desde 1982, com a participação de pesquisadores da área de todo o Brasil.

EDEQ

Encontro de Debates sobre o Ensino de Química

Organizado por instituições de ensino de Química do Estado do Rio Grande do Sul, ocorre anualmente no mês de outubro. É o evento mais antigo da área, que ocorre desde 1981, e, pela sua tradição, tem tido um caráter mais do que regional, pois tem a presença constante de pesquisadores de diversas partes do país, bem como a participação de professores de outros Estados da federação.

ECODEQ

Encontro Centro-oeste de Debates sobre o Ensino de Química e Ciências

Organizado por instituições de Ensino Superior da região Centro-oeste, vem ocorrendo atualmente, e com frequência bianual, nos anos ímpares, nos meses de outubro.

EDUQUI

Encontro de Educação Química da Bahia

Organizado por universidades do Estado da Bahia, ocorre bianualmente nos anos ímpares.

SMEQ

Simpósio Mineiro de Educação Química

Organizado por universidades do Estado de Minas Gerais. Ocorre bianualmente no segundo semestre dos anos ímpares

SIMPEQ

Simpósio Brasileiro de Educação Química

Organizado pela Associação Brasileira de Química (ABQ).

RA SBQ

Reunião Anual da SBQ

Organizado pela Sociedade Brasileira de Química (SBQ) anualmente no final de maio. É o maior evento de Química no Brasil, que inclui em sua programação conferências, workshop, comunicação oral e minicursos da área de ensino de Química.

CBQ

Congresso Brasileiro de Química

Organizado pela Associação Brasileira de Química (ABQ), é o evento mais antigo de Química no Brasil, realizado anualmente em outubro. Também inclui em sua programação atividades relacionadas ao ensino de Química.

Além dos eventos acima, muitos outros, de caráter local, são desenvolvidos com bastante regularidade, como a “Semana do Químico”, promovida por diversas instituições de ensino superior. Não fique parado, siga em diante com sua formação. 295

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Orientações teórico-metodológicas “É próprio do pensar certo a disponibilidade ao risco, a aceitação do novo que não pode ser negado ou acolhido só porque é novo, assim como o critério de recusa ao velho não é apenas o cronológico.” Paulo Freire

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Todos nós nos deparamos com o estudo de Química, logo de saída, memorizando fórmulas e conceitos e ouvindo os professores apresentarem a sequência de conteúdo “logicamente organizada”, que se repete na maioria dos livros dessa disciplina. Passamos para o curso superior e pouco ou nada mudou em relação a isso. Se foi dessa forma que aprendemos, por que não continuar ensinando assim? Existirá outro caminho diferente e que seja viável? A resposta é SIM, pois enquanto fomos bem-sucedidos, muitos alunos até hoje apresentam grandes dificuldades no aprendizado da Química, daí o porquê do

instrumento de mediação do conhecimento por meio de atividades centradas nos alunos. O processo de construção do conhecimento ocorre a partir do estabelecimento de relações conceituais, em que esquemas mentais são elaborados pelos estudantes, para compreender os novos conceitos introduzidos em sala de aula. O papel do professor e dos recursos pedagógicos nesse contexto é o de articular os conceitos, estabelecendo desafios cognitivos em que os estudantes sejam estimulados a construir novos esquemas explicativos para o mundo que os rodeia. Papel central nesse processo de mediação vem sendo

elevado índice de reprovação nessa disciplina. Mas que metodologia empregar? Para essa pergunta não existe uma resposta definitiva. No entanto, com este livro esperamos apontar diferentes possibilidades que você poderá utilizar em suas aulas. Este livro incorpora proposições inovadoras em ensino de Ciências, que vêm sendo elaboradas nos últimos trinta e cinco anos por vários educadores brasileiros. A preocupação central da obra é fornecer, aos estudantes, ferramentas básicas que lhes permitam o exercício pleno da cidadania. Para isso, eles precisam ter o domínio de conceitos químicos e desenvolver a capacidade de fazer julgamentos de valores e atitudes comprometidas com a sociedade em que estão inseridos. Dessa forma, toda a obra foi organizada buscando garantir princípios que, ao mesmo tempo em que instrumentaliza os alunos com as ferramentas culturais do conhecimento químico, assume postura de compromisso ético com a sociedade brasileira no seu contexto socioeconômico e político. Para isso, foi adotada uma orientação metodológica sustentada em pressupostos de natureza construtivista. Nessa orientação, o aluno tem papel central no processo de ensino e aprendizagem, em que o livro torna-se um

dado à linguagem como ferramenta cultural constitutiva do próprio sujeito. Ressaltar a linguagem no ensino de Ciências significa instaurar uma dinâmica interativa em sala de aula, em que os discursos dos estudantes sejam contemplados no discurso do professor. Nessa dinâmica interativa, em que os discursos dos estudantes são explorados pelo professor, a aprendizagem de novos conceitos em estudo é facilitada. Tomando, assim, a cidadania como meta central do curso e a organização do processo de ensino e aprendizagem centrada no estudante, em quem o conhecimento químico é mediado pela sua linguagem socialmente estabelecida, vamos, agora, tecer mais considerações de como esta obra foi elaborada com esses pressupostos.

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O Ensino Médio e a formação da cidadania

No passado, o contexto de expansão e massificação do sistema educacional favoreceu a tradição do Ensino Médio de caráter preparatório para o ingresso no ensino superior e a padronização do livro didático. Isso com a

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finalidade de atender aos programas de vestibular das universidades, não só quanto aoconteúdo, como também quanto à sua forma de abordagem. O Ensino Médio é o nível de escolarização em que há maior indefinição em torno de sua função social. A dicotomia entre o caráter terminal e o decontinuidade do Ensino Médio (função profissionalizante ou preparatória para o Ensino Superior) ocasionou uma divisão entre os próprios estabelecimentos de ensino, reproduzindo a divisão social dentro da escola. Foi nesse contexto que surgiu a proposta de Educação Básica, cujo caráter é ser formadora da cidadania. Nela, o Ensino Médio tem o papel de concluir a formação básica comum a todo cidadão brasileiro, assegurando uma educação igualitária mínima requerida para a participação efetiva na sociedade e para o ingresso no mercado de trabalho com maior qualificação. Esse ideário busca, em tese, superar a dicotomia mencionada. Na prática, no entanto, o Ensino Médio continua sendo visto, por muitos estudantes e professores, exclusivamente como curso preparatório para ingresso na universidade, o que contribui para descaracterizar esse nível de ensino. Tal reducionismo leva a escola a perder sua função de formadora de cidadãos críticos, conhecedores da realidade social de seu país e dispostos a transformá-la. A pressão do vestibular sobre o ensino cerceia o trabalho pedagógico do professor, estimulando a memorização de regras, resolução de exercícios numéricos e o estudo sumárioa de extensos programas, em detrimento da compreensão conceitual precisa e do entendimento de suas relações com os diversos campos do conhecimento. É preciso reconhecer que muitas universidades brasileiras têm modificado os seus exames vestibulares, alterando os programas, evitando questões de memorização, privilegiando questões reflexivas e valorizando o entendimento conceitual. Essas mudanças nem sempre têm sido acompanhadas pelas escolas, que, na maioria das vezes, continuam a seguir um roteiro já ultrapassado, sobrecarregado de conteúdos com nível detalhista de exigência. Pesquisas em ensino de Química vêm demonstrando a ineficácia de tais programas e metodologias. Uma nova reforma educacional vem aos poucos se impondo e está chegando a hora de a escola do Ensino Médio assumir a sua identidade e avançar no seu caráter formativo. A sociedade moderna requer muitos outros conhecimentos e habilidades dos nossos jovens. É nessa hora que o conhecimento de Química revela sua grande importância, pois vivemos em uma sociedade tecnológica, que exige de seus cidadãos atitudes para um modelo de 297

desenvolvimento que garanta a existência das gerações futuras. Isso implica compreensão de um conhecimento mínimo para o entendimento do papel da ciência, da tecnologia e das suas inter-relações sociais e para o desenvolvimento de atitudes e valores. O desenvolvimento de valores, na formação para a cidadania, significa o respeito a princípios estéticos, políticos e éticos, englobando a estética da sensibilidade, a política da igualdade e a ética da identidade: princípios organizadores do Ensino Médio. Para isso, a discussão de temas sociais relacionados à ciência e à tecnologia, denominados temas sociocientíficos, deve ser imbricada com valores socioculturais que fundamentam a educação nacional. Formação da cidadania é o objetivo central desta obra didática, assim como a preparação para acontinuidade de estudos e para o ingresso no mercado de trabalho. Essa preparação deve ser decorrência do trabalho formativo. O aluno, que tenha compreensão crítica dos conceitos químicos, vai estar em condições mais efetivas de contextualizar e compreender questões desafiadoras de Química, cada vez mais cobradas nos examesde vestibular e do Enem. Também é a capacidade reflexiva que tem sido cada vez mais exigida no mercado de trabalho. Preparar o estudante para o exercício consciente da cidadania e para seu ingresso no ensino superior não são objetivos excludentes. É um engano julgar que o estudante só terá chances no vestibular, se o professor o treinar o tempo todo para fazer exames, como também é engano considerar que, quando se busca o preparo para o vestibular, são necessários programas densos, sem espaço para a abordagem experimental e social da Química. Muito pelo contrário: ao propiciarmos uma formação mais ampla ao estudante, estamos ajudando-o a consolidar conceitos e a desenvolver o raciocínio lógico requerido pelos exames vestibulares.

2

Documentos legais e o ensino de Química

As novas Diretrizes Curriculares Nacionais para o Ensino Médio (DCNEM), publicada em 2012, disponível em são um documento orientador importante para o professor. Esse documento expressa princípios curriculares fundamentados em identidade, diversidade, autonomia, interdisciplinaridade e contextualização, os quais estão expressos nosprincípios pedagógicos de nossa obra. Nesse documento das DCNEM, é especificado que o currículo terá uma base nacional comum e uma parte diversificada e que será organizado em áreas de

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conhecimento, que inclui as Ciências da Natureza, na qual está o componente curricular Química, que ficou estabelecido como componente obrigatório. Observa-se que de acordo com esse documento das DCNEM, que estão vinculadas às Diretrizes Curriculares Nacionais Gerais para a Educação Básica, os princípios e as orientações curriculares dos componentes deverão ser estabelecidos por documento específico que constituem a Base Nacional Comum Curricular (BNCC). Essa previsão legal está consubstanciada tanto nas citadas diretrizes como no Plano Nacional de Educação. A BNCC vem sendo construída com a participação de diversos especialistas,desde 2012, conforme estabelecido na legislação, por meio de amplo debate nacional que envolveu entidades científicas, associações civis e a comunidade educacional brasileira em geral. Uma versão preliminar do documento foi publicada em agosto de 2015 e passou por uma ampla consulta pública. Sabe-se que a discussão da BNCC passa por posicionamentos, muitas vezes divergentes do que se concebe de educação para a sociedade brasileira e tempo será necessário para amadurecer e consolidar um documento nacional. Todavia, isso se constitui um processo em curso, que tendências já estão estabelecidas. É nesse sentido que concebemos a nossa obra, a qual se inspira nos avanços que temos percebido nas duas últimas décadas. Entendemos ser necessário para a consolidação dos avanços educacionais brasileiros, que no Ensino Médio tem como desafio a melhora da qualidade, o estabelecimento da BNCC que deverá nortear todas as políticas educacionais do Brasil, incluindo as de avaliação do sistema educacional. A BNCC está sendo organizada com base em direitos de aprendizagem e objetivos definidos para cada componente curricular, relacionados a sua área de conhecimento. Esses objetivos expressam conhecimentos fundamentais, aos quais todo/toda estudante brasileiro(a) deve ter acesso para que seus direitos à aprendizagem e ao desenvolvimento sejam assegurados. Preceitua-se no documento preliminar da BNCC, de 2015: Esses conhecimentos devem constituir a base comum do currículo de todas as escolas brasileiras

Ao decidirmos reformular a nossa obra, levamos em conta esses preceitos, de forma a garantir o direito fundamental de todo estudante de ter acesso aos conhecimentos básicos, que devem ser ofertados a todos. O estabelecimento dosconhecimentos básicos em cada componente curricular, tal como expresso nas Diretrizes Curriculares Nacionais Gerais para aEducação Básica, tem sido definido por critérios de relevância e pertinência. Esses critérios, na BNCC, se materializam na definição de eixos, em torno dos quais se organizam os objetivos de aprendizagem. Esses eixos têm a função de articular os componentes de uma mesma área de conhecimento e as diferentes etapas de escolarização. Os eixos articuladores da área de conhecimentos de Ciências da Natureza da Educação Básica, estabelecidos na BNCC de 2015, são: 1. Conhecimento conceitual das Ciências da Natureza. 2. Contextualização social, cultural e histórica das Ciências da Natureza. 3. Processos e práticas de investigação em Ciências da Natureza. 4. Linguagens nas Ciências da Natureza. Deve-se destacar que, historicamente, o Ensino Médio brasileiro, até por falta de uma prescrição legal, tem sido pressionado a atender as exigências dos exames seletivos para ingresso no ensino superior. Essa exigência tem restringido os conteúdos curriculares aos conhecimentos conceituais e às linguagens na Ciência. Essa restrição tem privado os estudantes, que na sua maioria não tem prosseguimento em cursos de nível superior, que requerem diretamente conhecimentos de Química. Nesse sentido, praticamente quase nada nos currículos têm contemplado a contextualização social, cultural e histórica e processos e práticas de investigação, que se constituem elementos básicos para a formação da cidadania, que se materializam, agora, em conhecimentos básicos que devem ser assegurados a todos os estudantes. A nossa obra sempre priorizou os conhecimentos relativos à contextualização social, cultural e histórica, bem como processos e práticas de investigação. Esses são eixos que passaram a organizar esta coleção de Química.

embora totalidade do De acordo com a primeira versão da BNCC de 2015, são currículo,não massejam, parte eles dele.próprios, Deve-seaacrescer à parte propostas seis unidades de aprendizagem, que remetem comum, a diversificada, a ser construída em diálogo aos grandes temas da Química e a algumas práticas de com a primeira e com a realidade de cada escola, em investigação relevantes para a sociedadebrasileira. atenção não apenas à cultura local, mas às escolhas Unidade de aprendizagem 1 – Materiais, propriede cada sistema educacional sobre as experiências e dades e usos: estudando materiais no dia a dia. conhecimentos que devem ser oferecidos aos estudantes e às estudantes ao longo de seu processo de Nesta unidade estão incluídos conhecimentos quíescolarização. (p. 13). micos, que possibilitam compreender a importância 298

É nesse sentido, que acreditamos que a finalização da BNCC não vai alterar, fundamentalmente, o que se tem proposto em termos de eixo e das unidades. Certamente, ainda se terá um tempo para traduzir, em um documento a distribuição dos objetivos que expressam os conteúdos vinculados aos eixos e às sentá-las e interpretá-las. unidades nas diferentes etapas do que se quer conceber Nesta unidade, os estudos de Química estão vol- o novo Ensino Médio. tados para a compreensão de reaçõesquímicas: como Nesse sentido, esta obra busca fazer aproximações elas ocorrem, que energia produzem ou consomem e com o movimento em curso da BNCC, sem perder de com que velocidade se processam. vista o currículo atual das escolas. Unidade de aprendizagem 3 – Modelos atômicos e moleculares e suas relações com evidências empíricas e propriedades dos materiais. 3 Contextualização social, abordagem temática e Nesta unidade, são estudados modelos explicativos da Química relativos à estrutura molecular que, entre interdisciplinaridade outros, possibilitam a compreensão do comportamento e das propriedades das substâncias químicasmateriai e s. Considerando o nosso objetivo de fornecer Unidade de aprendizagem 4 – Energia nas conhecimentos relevantes, que possam servir de transformações químicas: produzindo, armaferramenta cultural para o jovem participar ativamente zenando e transportando energia pelo planeta. da sociedade moderna, caracterizada, sobretudo, Nesta unidade, o foco é dado aos aspectos ener- pela presença da ciência e da tecnologia, em todos os géticos implicados nas transformações químicas, enfa- capítulos do livro há inclusão de conhecimentos relativos tizando os processos de geração, de armazenamento à contextualização social, cultural e histórica das Ciências e de transporte de energia esuas consequências para da Natureza, que são abordados neste livro como temas sociocientíficos. a vida e o ambiente. Atualmente, todos os livros didáticos de Química para Unidade de aprendizagem 5 – A Química de o Ensino Médio incorporam fotos, ilustrações e textos explicativos sobre as aplicações tecnológicas relacionadas sistemas naturais: qualidade de vida e meio ambiente. à Química. Essa formatação de livro, na maioria das vezes, Nesta unidade, é dada ênfase à necessidade de é aplicada apenas com a função de motivação ou de se estudar e investigar os sistemas químicos naturais ilustração de aplicações da Química. Entendemos que a constituídos pelos rios e lagos, pelo ar atmosférico e abordagem dessa forma é restritiva eexplora muito pouco pelos solos que se distribuem por todos os quatro can- a formação do cidadão. tos do Brasil. Assim, a Química passa a ser aplicada Por essa razão, optamos por abordar os temas na investigação de questões ambientais relacionadas à qualidade de corpos d’água, do ar atmosférico e sociocientíficos em uma seção do capítulo. Denominamos dos solos presentes em todos os municípios e áreas temas, pois o tratamento dado a esses conhecimentos não se limita a apresentar uma simples aplicação do rurais brasileiras. conhecimento, mas em tratá-lo em uma perspectiva Unidade de aprendizagem 6 – Obtenção de interdisciplinar, na qual são explorados aspectos materiais e seus impactos ambientais. econômicos, políticos, sociais, históricos, culturais, Nesta unidade, também a questão ambiental é ambientais e éticos. colocada em foco, considerando-se a produção demaNesse sentido, a perspectiva de abordagem teriais importantes para a economia brasileira, como petróleo, minérios, fármacos, alimentos etc. temática, neste livro, além dadamera motivaçãocontida ou informação. O vai propósito nossa Cabe destacar que, em nossa análise, todas essas proposta pedagógica é levar o jovem a entender as unidades estão, de alguma maneira, contempladas, nos implicações sociais da Química e das tecnologias em documentos orientadores que vêm publicados há mais de sua vida e desenvolver valores e atitudes para uma uma década (Parâmetros Curriculares Nacionais, PCNEM ação social responsável. O enfoque está em explorar de 1998; Parâmetros Curriculares Nacionais+, PCN+ os aspectos da vivência do estudante, motivando a de 2002; e Orientações Curriculares, de 2006 – todos reflexão e a adoção de uma postura necessária para disponíveis no site do MEC, em Ensino Médio). a transformação da sociedade tecnológica em uma das propriedades dos materiais e as relações dessas propriedades com o seu uso. Unidade de aprendizagem 2 – Transformações dos materiais na natureza e no sistema produtivo: como reconhecer reações químicas, repre-

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sociedade mais igualitária, na qual se busque assegurar a preservação do ambiente em todas as escalas. Dessa forma, a abordagem temática é assumida no livro como elemento constitutivo de formação para a cidadania, consolidando o uso de ferramentas do conhecimento químico no encaminhamento de soluções de problemas sociais, desenvolvendo valores e atitudes. É com essa abordagem que explicitamos, claramente, relações Ciência-Tecnologia-Sociedade – CTS – e que efetivamos a educação ambiental, temática abordada com muita ênfase ao longo dos três livros da coleção. Destaca-se que a seção dos temas sociocientíficos está, de alguma maneira, vinculada aos conteúdos explorados no capítulo. Assim, os temas não são abordados como tópicos isolados. Eles estão integrados aos conteúdos dos capítulos. Destaca-se que os conhecimentos vinculados nos temas estão diretamente relacionados ao eixo “Contextualização social, cultural e histórica das Ciências da Natureza” e as unidades que estão sendo construídas na BNCC. A orientação metodológica da abordagem temática no livro tem fundamentos na proposta de educação de Paulo Freire, que considera que ela deve ser voltada para a transformação do mundo, sendo mediada pelo conhecimento presente na vida dos estudantes. Nessa perspectiva, o nosso maior compromisso é com a formação da cidadania planetária. Assim, acreditamos que fatores econômicos e sociais devem serdiscutidos em razão das necessidades humanas, ao contrário do que tem sido imposto pelo processo de globalização. Desse modo, a escola passa a ter outras responsabilidades, como a de aprimorar valores e atitudes do indivíduo, capacitando-o a buscar, de maneira autônoma, o conhecimento do contexto científico e tecnológico em que está inserido. Orientações nesse sentido, são sugeridas ao longo do livro do professor e neste manual, para que sejam explorados temas locais e regionais da vivência dos estudantes. Destaca-se, ainda, que a contextualização desenvolvida neste livro incorpora o princípio da interdisciplinaridade, o qual está presente em exames do Enem e de várias universidades. Dessa forma, em diversos textos do livro nos reportamos a conteúdos de Física, Biologia, Matemática, Geografia, História, Sociologia e Filosofia. Esses conteúdos são revisitados ao longo dos textos explicativos do conhecimento químico e de textos das seções de temas sociocientíficos. Nossa orientação é que, ao explorar conteúdos relativos a outros componentes disciplinares, você busque mecanismos de estabelecimento de diálogos mais estreitos também com os professores desses outros componentes curriculares. Por exemplo, você pode contemplar alguns pontos desses conteúdos em suas aulas e propor que 300

outros sejam retomados e aprofundados pelos professores de outras disciplinas. Isso exigirá o planejamento prévio conjuntamente com os demais colegas, o que poderá, inclusive, prever o desenvolvimento de ações coletivas que envolvam até a presença de professores de diferentes componentes disciplinares em uma mesma aula. Dessa maneira, o papel da contextualização e da abordagem interdisciplinar, aqui proposto, considera que vivemos em um mundo complexo, que não pode ser explicado a partir de uma única visão de uma área de conhecimento, mas de uma visão multifacetada, construída conjuntamente pelas visões das diversas áreas

do conhecimento. A nossa experiência tem demonstrado que a abordagem temática no nosso livro tem propiciado a abertura de um espaço interdisciplinar. Conhecemos vários exemplos de professores, que desenvolveram projetos na escola apartir de temas trabalhados em nossos livros. Esses projetos têm envolvido, professores de outras áreas, na discussão conjunta de diferentes aspectos adjacentes ao tema, para uma compreensão mais ampla doproblema envolvido.

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Construção e mediação do conhecimento As propostas mais avançadas de ensino de Química têm

comodos umalunos dos pressupostos a necessidade do envolvimento ativo nas aulas, gerando umprocesso interativo professor/estudante, em que os horizontes conceituais dos estudantes sejam contemplados. Isso significa criar oportunidades para que eles expressem como veem o mundo, o que pensam, como entendem os conceitos, quais são as suas dificuldades etc. Pensando dessa maneira, procuramos incorporar, ao nosso material, atividades de ensino que estimulem o estudante a manifestar as suas ideias, o que, por sua vez, permitirá ao professor tomar conhecimento de suas concepções sobre o tema em estudo. Aprópria abordagem temática tem também esse papel, uma vez que ela traz, para a sala de aula, temas da vivência do aluno, nos quais o professor pode explorar seus conhecimentos prévios e suas experiências culturais. Para propiciar as condições do processo de construção do conhecimento, adotamos alguns princípios na estruturação do livro, que buscam atender à especificidade do ensino de Química. Sendo o conhecimento químico de natureza eminentemente abstrata, buscamos abordá-lo a partir de seus aspectos qualitativos e macroscópicos, para introduzir os seus aspectos quantitativos e os seus

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modelos microscópicos, fazendo uso da linguagem química apropriada. Essa ordem inverte a costumeira disposição adotada na maioria dos livros didáticos, que inicia o ensino de Química fazendo uso de modelos atômicos ou apresentando o estudo das substâncias, a partir do ponto de vista estritamente formal, ou seja, da representação dos seus constituintes por fórmulas e modelos químicos. Ao fazermos o uso correto da linguagem química por meio de fórmulas, introduzimos o seu estudo, privilegiando uma abordagem qualitativa, antes do estudo propriamente dito de constituição da matéria. Assim, em

A intenção de um professor, ao utilizar uma analogia, é facilitar a aprendizagem do conceito em foco por meio da comparação com outro conceito ou situação mais conhecida pelos estudantes. Trata-se de um importante recurso capaz de motivar o estudante por relacionar o novo conhecimento com algum conceito ou situação a qual ele já conhece melhor, tornando a tarefa educativa muito mais agradável. Entretanto, como o conceito que se pretende ensinar (denominado conceito-alvo) não é exatamente igual ao que se utiliza como referência (denominado conceito-domínio), é comum que os estudantes estabeleçam certa confusão

geral, iniciamos os conteúdos com atividades práticas, que têm, entre seus objetivos, a familiarização do aluno com o material concreto, levando-o a compreender os aspectos qualitativos do conhecimento de Química. Iniciando dessa maneira, apresentamos a linguagem da Química e sequencialmente começamos a fazer uso das explicações que levam aos seus modelos microscópicos, evitando a formalização descontextualizada. Nesse sentido, demos atenção especial para que nem a abordagem nem a linguagem empregada reduzissem a aprendizagem a um processo mecânico de memorização. A simples memorização dedefinições descontextualizadas não leva a uma aprendizagem significativa. Essa se concretiza à medida que os novos conceitos são relacionados às concepções prévias dos estudantes e são aplicados a diferentes fenômenos em diversos contextos. Esse mesmo princípio fundamenta o tratamento matemático que dispensamos a diversos conceitos. Para favorecer a aprendizagem significativa, enfatizamos o significado das deduções matemáticas de forma a explicitar as suas relações com os processos químicos estudados, evitando, a apresentação de regras sem a apresentação do seu significado. Para dar maior significação ao conhecimento químico, foi dada uma atenção especial ao uso de modelos. É fundamental que os estudantes compreendam que a Ciência trabalha com modelos que são representações da realidade e que, portanto, possuem limitações. Eles são simplificações que representam imaginariamente como podemos explicar determinados fenômenos, mas de maneira alguma correspondem plenamente ao real. Aprender Ciência é aprender a lidar com modelos, interpretá-los e aplicá-los a novas situações que permitirão fazer novas previsões. Nesse sentido, tivemos cuidado de explicar o significado de cada modelo apresentado, suas limitações e destacando o seu caráter representativo. Considerando ainda o caráter do conhecimento químico, tivemos um cuidado metodológico no uso de analogias, que é muito comum em aulas de Química.

nesse processo, às vezes misturando as duas coisas. Assim, muitas analogias não são proveitosas em situações de ensino eaprendizagem porque osestudantes nem sempre percebem as relações existentes entre os conceitos. Isso pode ocorrer porque algo que pareça óbvio para o professor não é necessariamente do conhecimento prévio de seus estudantes. Como alguém pode compreender um conceito científico comparado ao funcionamento de um motor se não sabe nem ao menos como funciona esse equipamento? Não se pode esperar que o estudante compreenda claramente o complexo conceito de átomo mediante uma simples comparação com uma bola de bilhar. Há problemas também quando não se destaca de forma clara quais são as similaridades e as diferenças entre os conceitos comparados, o que pode levar a generalizações indevidas. Na presente obra, ao utilizarmos analogias, tivemos a preocupação de deixar claro quais características dos dois conceitos são comuns e quais são específicas de cada um, a fim de que o estudante não estabeleça relações equivocadas. Essa também deve ser uma preocupação sua, professor, ao propor uma analogia para seus estudantes. Isso porque, se não utilizarmos as analogias de forma consciente e clara, podemos criar concepções errôneas sobre os conceitos do ponto de vista científico. Seguindo ainda o princípio da construção do conhecimento, o tratamento do conhecimento químico desenvolvido no livro foi sempre de maneira contextualizada. Isso ocorre com o propósito de dar uma significação ao estudante. Essa contextualização do conhecimento científico é feita no livro de diferentes

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formas: contextualização temática tecnológicos em que o conteúdopela é vinculado a conhecimentos ou culturais relacionados ao tema da unidade; pela contextualização fenomenológica em que atividades práticas são desenvolvidas e em que os conceitos a serem estudados emergem da discussão para a compreensão do processo envolvido; e pela problematização teórica vinculada à História da Ciência ou a questões centrais do processo de produção do conhecimento.

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Com essa abordagem, evitamos a apresentação de professor apresente os argumentos que justifiquem o uso conteúdos de forma direta e resumida, por meio de definições de modelos científicos, contrapondo diferentes visões em formais que não possibilitam a compreensão da natureza do relação ao assunto estudado. Esse foi outro cuidado que conceito envolvido. Ao tratar dessa maneira o conteúdo,tivemos na obra, ao apresentar, historicamente, diferentes por meio de experimentos, atividades e de contextualização visões e ao explicar a srcem dos conceitos, buscando sócio-histórica que evidencia o processo de construção justificar o uso do modelo científico adotado. do conhecimento científico, estamos, no nosso material, Assim, ao redigir esta obra, tivemos a preocupação incorporando o eixo da área de Ciências Naturais estabelecido em mediar a linguagem científica, por meio de situações na BNCC de processos e práticas de investigação. interativas, buscando respeitar o rigor de sua precisã o e o seu caráter argumentativo,justificando assuas diferentes visões. 5 Linguagem da Ciência Dessa forma, procuramos fazer o uso mais preciso da linguagem científica, adequando a compreensão Considerando a linguagementendemos como ferramenta de conceitual à sua correção e atualização. Assim, evitamos mediação do conhecimento, que a ela deva ser dado um tratamento muito cuidadoso, para termos cuja carga semântica ofereça obstáculos à que cumpra adequadamente a sua função de ensino. A aprendizagem dos conceitos. Procuramos incorporar às importância da sua abordagem cuidadosa é fundamental, definições aqueles termos que a pesquisa em ensino de pois ela se constitui em outro eixo da área das Ciências Química tem recomendado, privilegiando, ao mesmo tempo, a precisão e a atualização conceituais. Naturais da BNCC. Existem diversas analogias e expressões jáconsagradas A linguagem se constitui pela interação social. Por isso, procuramos dar um caráter interativo no material nos livros didáticos, mas que, todavia, carregam ou induzem didático, na relação professor e aluno, noqual o estudante a significações errôneas do ponto de vista da Química. possa ir se apropriando da linguagem científica. Uma vez Outras vezes, a substituição de termos se dá em função que o estudante interage com o professor, compara sua de recomendações de normatizações de associações linguagem com a dele e com a do livro, é que ele vai se científicas. Por esse motivo, muitas vezes substituímos alguns termos tradicionais por outros que buscam explicitar apropriando da linguagem química. Essa é uma linguagem nova para ele. A linguagem uma maior clareza e precisão. Embora, em um primeiro momento isso possa causar certa estranheza, a nossa científica possui uma sintaxe diferente da linguagem coloquial e utiliza recursos linguísticos ainda não comuns experiência demonstra que para o aluno isso é natural. para os estudantes, como o uso de tabelas, gráficos, Esperamos que você possa ir incorporando em suas fórmulas e imagens esquemáticas. Todos esses recursos aulas essa nova linguagem e procure evitar aqueles termos precisam ser minuciosamente explicados aos estudantes. já ultrapassados. A linguagem científica é caracterizada por conceitos que Veja abaixo alguns exemplos: reduzem expressões a afirmações atemporais, impessoais Não empregamos a denominação substância pura, e sem narrativas. Isso causa estranheza aos estudantes a ela nos referimos apenas como substância, pois se que estão acostumados a uma linguagem narrativa ela não for pura será um material; que descreve situações reais ocorridas com sujeitos adotamos o termo material em vez de mistura; em determinados momentos. Daí a preocupação em Não usamos a denominação mistura heterogênea apresentar os conceitos científicos sempre em contexto e, sim, material heterogêneo, pois é incoerente, por mais amplo dentro da experiência de vida dos estudantes, exemplo, dizer que um sistema de água e óleo é para depois reduzir a sua formalização que caracteriza a uma mistura, quando ensinamos aos estudantes que natureza de sua linguagem. Não se trata de banalizar o água é imiscível em óleo; conhecimento científico com analogias grosseiras, mas de Não se deve adotar o termo número de mol, o qual permitir a apropriação da nova linguagem. deve ser chamado de quantidade de matéria, que é Outra característica importante da linguagem a grandeza (por exemplo, não se fala em número de científica é a sua natureza argumentativa. Pesquisas mais metros e sim em comprimento); recentes têm discutido a importância de desenvolver, nos Por recomendação da Iupac, não se usa mais estudantes, a capacidadeargumentativa, compreendendo a denominação concentração molar e sim o valor da Ciência pelo seugrau de justificação. Argumentar concentração em quantidade de matéria; significa contrapor ideias e justificar posicionamentos com Os grupos substituintes não devem ser chamados de fundamentos lógicos ou retóricos. Para que o ensino radicais na Química orgânica; de Ciências não seja dogmático, é fundamental que o 302

Não se usa mais a denominação ligação covalente dativa e sim ligação covalente coordenada; Adotamos o novo valor de volume molar como sendo 22,7 L; Como adotamos as regras do SI, logo usamos Pa (pascal) em vez de atm para pressão; Estamos adotando as novas regras da Iupac de nomenclatura da Química orgânica; Os coeficientes nas equações devem ser escritos sem espaço antes da fórmula e o estado físico da substância deve ser escrito sem subscrito (por exemplo: 2H2(g) e não 2H2(g) ).

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provisório da Ciência. Portanto, evitamos uma abordagem que apresente a Ciência como conhecimento único, verdadeiro, inquestionável, de historicidade linear, neutro e de domínio exclusivo de cientistas. Para isso, na nesta edição ampliamos e revimos vários fatos históricos que caracterizam o processo de construção social da Ciência. Esses princípios justificam o caráter diferencial deste livro de outros convencionais, que se limitam a apresentar os conceitos prontos para serem memorizados pelos estudantes, sem uma contextualização de sua srcem e de seu significado social. Por isso, foi dada ênfase ao tratamento do conhecimento químico, de forma aexplicitar

Para evitar confusão na grafia usamos como símbolo como os conceitos foram elaborados historicamente. para litro L e não l; Ainda nessa perspectiva, são apresentadas diversas A carga iônica deve ser representada sempre com o atividades de investigação no livro, com o objetivo de levar o numeral antes da carga (por exemplo:3+Ale não Al+3). aluno a compreender o processo de proposição de modelos e teorias científicas, evidenciando as suas limitações e 6 Visão de Ciência e das interações potencialidades na previsão de novosfenômenos. Finalmente, destacamos que a contextualização temática Ciência-Tecnologia-Sociedade do livro teve o objetivo central de apresentar o papel social Coerente com os princípios teórico-metodológicos da Ciência, com as suas inter-relações Ciência-Tecnologiaapresentados neste capítulo do Manual do Professor, Sociedade (CTS). Essas inter-relações são explicitadas em destacamos, na obra, a apresentação de uma visão de todos os temas sociocientíficos decada capítulo. Ciência como uma atividade humana em processo coletivo de Ao explicitar essas interações, ressaltamos o papel da produção, que está relacionada à tecnologia e à sociedade.sociedade no controle da Ciência e da Tecnologia. Assim, Entendemos que para a compreensão do papel da não apresentamos uma imagem neutra da Química, Ciência na sociedade é fundamental que se trabalhe a como se fosse, por si só, um conhecimento que traz natureza do seu conhecimento. Nesse sentido, em todos tecnológicos e nem a apresentamos com sendo os volumes introduzimos elementos de História eFilosofia aavanços responsável pelos problemas ambientais atuais. Por da Ciência com o objetivo de evidenciar oaráter c provisório isso, discutimos, profundamente, como as decisões de da Ciência, bem como as suas limitações e potencialidade s. Ciência e Tecnologia dependem de uma participaçãoativa e comprometida da sociedade. Dessa forma, o tratamento do conhecimento químico, em todos os capítulos do livro, é feito por meio Com essa abordagem, procuramos desfazer a imagem de uma contextualização que explicita o seu papel na negativa que se tem da Química, presente na população, sociedade, pois entendemos que formar o cidadão implica em geral, muito associada aos seus aspectos negativos. Ao explicitar ao estudante o papel dos conteúdos químicos mesmo tempo que apresentamos os problemas ambientais na compreensão de questões sociais. Por exemplo, relacionados à Química, discutimos as diversasalternativas compreender a dinâmica das transformações químicas no tecnológicas que ela tem propiciado e que muito têm contexto ambiental, faz com que tenhamos uma postura contribuído para a diminuição do seu impacto ambiental. mais crítica sobre o destino de resíduos químicos, uma vez Evidenciamos, então, por meio das interações CTS, que que passamos a entender que os resíduos vão produzir o desenvolvimento da Ciência e da Tecnologia é dependente uma série de reações com outras substâncias do ambiente. do rumo quea sociedade lhe imprime. Com isso, destacamos Assim, a Química é apresentada na obra de maneira a o papel de cada cidadão no processo de tomada de decisão sobre o destino do desenvolvimento tecnológico. explicitar o processo socialo de do saber sistemático, evidenciando seuapropriação papel na compreensão Para isso, discutimos, em diferentes momentos, o dos grandes problemas atuais da humanidade. conceito de desenvolvimento sustentável e atitudes e A contextualização teórica, desenvolvida naintrodução valores para a cidadania planetária, bem como as forças dos conceitos, é feita sempre na perspectiva de demonstrarde poder que estão associadas àCiência e à Tecnologia. O contribuições de diferentes cientistas, no processo coletivo enfoque de CTS no livro, portanto, tem o papel central de de elaboração de novos modelos. Ao situar o contexto formação do cidadão e do desenvolvimento de atitudes de sócio-histórico de produção do conhecimento, engajamento responsável, com questões socioambientais apresentamos ao estudante o trabalho coletivo e o caráter na construção de uma sociedade justa e igualitária. 303

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Como fazer uso da obra “Para o educador-educando, dialógico, problematizador, o conteúdo programático da educação não é uma doação ou uma imposição – um conjunto de informes a ser depositado nos educandos...” Paulo Freire

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O livro didático constitui uma importante ferramenta no ensino, mas, em nenhuma hipótese, substitui o trabalho do professor em sala de aula. Esta obra, com uma nova perspectiva, propõe atividades diversificadas e o desenvolvimento dos conceitos que flexibiliza o planejamento das aulas e as atividades de ensino, para que se considere o contexto da própria escola. Nesse sentido, defendemos que o professor deve ter autonomia para desenvolver o seu planejamento, com

O livro foi diagramado de forma a destacar a sua organização, a refletir osprincípios teórico-metodológicos adotados e a buscar uma interação com os usuários professores e alunos. Assim, no presente capítulo, vamos demonstrar formas de utilização do nosso material didático. Vejamos como é a organização do livro e como o professor pode explorar cada um de seus elementos.

base nas características de encarado sua comunidade escolar. O livro didático não pode ser como uma camisa de força, que impõe, ao professor, um currículo a ser rigidamente seguido.

para o planejamento didático

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Seleção dos conteúdos da obra

Neste tópico, apresentamos os critérios de seleção dos conteúdos do livro e como foram organizados. Nessa apresentação, vamos ressaltar formas de adequação que Vamos apresentar os princípios de orientação de nosso livro, a partir dos eixos articuladores da área de você poderá desenvolver na sua escola. Para isso, primeiro conhecimentos de Ciências da Natureza, estabelecidos é importante que você entenda como nós, autores, na BNCC de 2015. Dessa forma, pretende-se orientar o concebemos a organização deste livro, para que possa professor no uso do livro dentroda perspectiva de auxiliá- usá-lo adequadamente. lo na tarefa de cumprir o direito básico do estudante Na elaboração deste livro, tivemos a preocupação de aos conhecimentos relevantes do componente curricular contemplar todos os tópicos relativos à Química queestão de Química. Esses eixos estão incorporados nos títulos recomendados nos documentos legais. das próximas seções, que descrevem os princípios do uso O critério de seleção dos conteúdos do livro foi desta obra. baseado na sua relevância para a compreensão da Química, ou seja, na sua pertinência pedagógica, e A partir desses princípios e o da autonomia é que vamos apresentar a organização do livro e de sugestões na sua relevância social. Assim, foram selecionados os de estratégias de seu uso em sala de aula. Existem formas conceitos centrais, estruturadores do conhecimento químico; os conceitos relevantes para a compreensão de diferenciadas desse uso, o que inclui a exploração de seus conteúdos por meio de projetos interdisciplinares, outros; e os que estão vinculados ao contexto didático visitas, reprodução de vídeos etc. Sugestões específicas da obra, sendo necessários para a compreensão de uma determinada temática. de como essas atividades poderão ser trabalhadas de forma relacionada aos conteúdos explorados no livro, Foram excluídos da obra conteúdos irrelevantes, que são apresentadas no próximo capítulo. não apresentam pertinência educacional e que setornaram 304

obsoletos para o conhecimento químico. Por exemplo, podemos citar extensas classificações, como as de ácidos e sais, contempladas em livros mais tradicionais, mas que pouca relevância apresenta em termos de compreensão conceitual dos processos químicos. Podemos citar como conteúdos considerados obsoletos, do ponto de vista da Química, excluídos nesta obra, os conceitos de corpo, isóbaro e isótono. A seleção dos conteúdos estruturadores do conhecimento químico teve como referência os documentos legais. Segundo as Orientações Curriculares do Ensino Médio de 2006,os conceitos básicos da Química estão relacionados aos três eixos centrais que constituem a base dessa Ciência: Materiais e substâncias, Propriedades, e Constituição. Na versão preliminar da BNCC, as unidades de aprendizagem do componente curricular de Químicasão: D L N P O Ã Ç A G L U IV D

1. Materiais, propriedades e usos: estudando materiais no dia a dia.

etc. podem ser explicadas por estruturas químicas que consideram que a sua constituição é de dois átomos de hidrogênio e um oxigênio. Esse modelo, todavia, não explica, completamente, todas as propriedades da água e daí a necessidade de se usar modelos mais complexos, como o que indica a geometria de sua molécula, o comprimento de suas ligações, a configuração eletrônica dos elétrons na molécula eassim por diante. Entendemos, portanto, que não faz sentido a apresentação de modelos sem que eles estejam associados às propriedades das substâncias e sem que se tenha uma compreensão do modelo que ela está associada. Com esse princípio, sempre buscamos primeiro apresentar as propriedades das substâncias, depois discutir possíveis modelos que as explicam e aí apresentamos a linguagem química que traduz tais modelos. Dessa maneira, a organização dos conteúdos na obra buscou obedecer aos princípios de teorias de ensino e aprendizagem e de pesquisas na área de ensino de Química.

Cabe destacar que, dos conteúdos convencionais presentes nas propostas curriculares dos diferentes Estados da Federação, tivemos de excluir os conteúdos de radioatividade e energia nuclear, que estão sendo incorporados aos conteúdos de Física e não constam nos documentos oficiais do componente curricular de Química. Com a redução do número de páginas dasobras do PNLD, não foi possível inserir essa unidade, pois sua abordagem exige um desenvolvimento conceitual mais amplo do que o espaço disponível na obra.

2. Transformações dos materiais na natureza e no sistema produtivo: como reconhecer reações químicas, representá-las e interpretá-las. 3. Modelos atômicos e moleculares e suas relações com evidências empíricas e propriedades dos materiais. 4. Energia nas transformações químicas: produzindo, armazenando e transportando energia pelo planeta. 5. A Química de sistemas naturais: qualidade de vida e meio ambiente. 6. Obtenção de materiais e seus impactos ambientais. Assim, buscou-se selecionar os conceitos centrais da Química, que têm foco nesses princípios estruturadores. Por isso, em cada volume, contemplamos conteúdos dos materiais, das suas propriedades e de sua constituição. No livro, a linguagem química é apresentada de forma a estabelecer uma conexão entre as propriedades das substâncias e os seus modelos explicativos. Entendemos que a linguagem química, em outras palavras, busca traduzir as interpretações que a Ciência faz para as propriedades identificadas dos materiais e de suas substâncias. Por exemplo, quando representamos a água por H2O, isso significa que idealizamos que as propriedadesda água, como temperatura de ebulição, solubilidade, densidade 305

Vários outros conteúdos também não têm sido mencionados nos documentos oficiais, mas foram mantidos na obra, deixando, ao professor, a decisão final sobre o que abordar, conforme a realidade de sua escola. Diante do contexto limitante de várias escolas públicas, somos defensores do trabalho meticuloso na seleção dos conteúdos essenciais a serem trabalhados. Priorizamos a vivência de um processo educativo de aprendizagem de conceitos fundamentais, em relação a abarcar todos os conhecimentos disponíveis. Procuramos agrupar os conteúdos em capítulos que agregam conceitos estruturantes. Nesses capítulos são trabalhados conceitos introdutórios, intermediários e avançados. Cabe aqui ao professor selecionar, dentro de cada capítulo, a profundidade que terá condições de trabalhar.

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da matéria. Dessa forma, concretiza-se a consolidação do modelo de partículas, para depois apresentar modelos mais avançados.

Tratamento e organização dos conceitos químicos

Estamos em um momento de transição, em que se caminha para a implantação de uma Base Nacional Comum Curricular e nesse processo ainda temos uma diversidade de programas, o que significa que nenhum livro didático consegue atender, na plenitude, a todas as sequências curriculares ainda em curso no País. Nessa transição, destacamos alguns princípios adotados em nossa coleção, que visam preparar a transição para a adoção da BNCC. Discorremos sobre esses princípios, apontando possíveis redirecionamentos curriculares quando da implantação final da BNCC.

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Veja que com esse princípio, redimensionamos o conteúdo de gases para um tratamento mais fenomenológico e qualitativo, do que o convencional estudo de resoluções de problemas com aplicação direta da equação geral dos gases. O mesmo princípio de abordagem qualitativa antes da abstrata é incorporado, de alguma maneira, nos demais volumes em que se prioriza a introdução dos conteúdos com contextualização social e histórica e com atividades práticas.

A primeira versão da BNCC propõe que, na primeira série, o estudo dos modelos atômicos seja centrado Esses princípios demonstram como a obra foi no modelo de Dalton, proposta que concordamos. concebida e como está estruturada. Sua compreensão é Considerando a fase de transição, mantivemos, no essencial no uso do livro didático, orientando as práticas primeiro volume, os modelos atômicos e estudo de pedagógicas de sala de aula. Vejamos esses princípios e ligações e interações químicas, os quais entendemos que como estão presentes na estrutura da obra. teria melhor adequabilidade na segunda série. Julgamos Inicialmente, apresentamos como o conhecimento que no movimento da BNCC, a prioridade deve ser conceitual das Ciências da Natureza é abordados nos três de abordar tais unidades com uma perspectiva mais qualitativa em termos de propriedades das substâncias, volumes da coleção. o que é priorizado em nosso livro. Volume 1 Ainda seguindo o princípio da pertinência Estudos na área de ensino de Química têm pedagógica, entendemos que o estudo de modelos demonstrado a importância de o estudante partir de observações fenomenológicas, emaprender que possaa atômicos, no primeiro volume, é suficiente até os modelos de Rutherford e Bohr, a partir do qual identificar aspectos macroscópicos da matéria. Partindo podem ser explicados processos químicos estudados de uma visão concreta sobre a matéria, o estudante na primeira série. Na realidade, acreditamos que o conseguirá, com mais facilidade construir modelos para modelo de Dalton seria suficiente na primeira série, representar aquilo que é observável por ele. Dessa forma, mas deixemos a decisão final da BNCC. Não somos um princípio da organização curricular adotado é, o já favoráveis à introdução de modelo quântico na primeira mencionado, de ter uma sequência de tratamento do série, quando os estudantes ainda não avançaram em conhecimento químico, que vai do macroscópico para o conhecimentos de eletromagnetismo. Introduzir esse microscópico, o qual é representado por modelos. modelo, nessa etapa introdutória do estudo da Química Os estudos têm evidenciado que, uma das dificuldades é reduzir o ensino a um aprendizado mecânico sem no aprendizado da Química, está no caráter altamente significado. Por outro lado, em pleno século XXI, com abstrato de seu conhecimento. Portanto, quando o todos os avanços tecnológicos de correntes do modelo professor parte do concreto, isso fica mais fácil para o quântico, defendemos a introdução desse modelo na estudante compreender o conteúdo mais abstrato da terceira série, para que o estudante conclua o ensino Química. Com esse princípio, introduzimos, no primeiro volume, capítulos iniciais de estudo das propriedades da matéria com várias atividades práticas, que possibilitam a percepção fenomenológica. Na sequência, antes da abordagem de modelos atômicos, é feito um estudo de gases, com o objetivo de o estudante compreender, a partir das propriedades dos gases, o modelo de partículas 306

médio, refletindo sobre modelos mais sofisticados que se desenvolveu para a compreensão do comportamento da matéria.

O estudo da classificação periódica, no primeiro volume é uma boa oportunidade de demonstrar o processo histórico de construção coletivo do conhecimento químico e de auxiliar na introdução do estudo das ligações químicas. Esse estudo consolida,

no estudo da Química, a relação entre propriedades das substâncias e sua constituição, a qual é bastante enfatizada no livro, que culmina com as interações entre os constituintes no último capítulo.

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Obstáculos epistemológicos no ensino-aprendizagem de Química geral e inorgânica no ensino superior: resgate da definição ácido-base de Arrhenius e crítica ao ensino das “funções inorgânicas”. Química Nova na Escola, v. 36, n. 4, p. 261-268, 2014. Nesse sentido, tratamos Em resumo, o conteúdo do primeiro volume começa desse conteúdo como classes de substâncias que se com propriedades, transformações e conclui com caracterizam por propriedades químicas. Ao fazer isso, modelos de constituição, para explicar as propriedades incorporamos outro princípio em construção da BNCC, das substâncias. que é o de abordar a Química Orgânica ao longo do Volume 2 Ensino Médio e não apenas na terceira série. Com essa O enfoque, dado ao conteúdo da segunda série, é o do perspectiva, caminhamos em direção a uma nova ordem estudo das reações químicas nos seus aspectos dinâmicos de estrutura e organização dos conteúdos, inserindo e energéticos. Dessa forma, enquanto caracterizamos a introdução ao estudo de substâncias orgânicas na as reações químicas, no primeiro volume, pelo estudo segunda série. das propriedades das substâncias e as correlacionamos Nos capítulos seguintes, tratamos do estudo da cinética química e, logo após, do capítulo de equilíbrio com modelos de constituição da matéria, no volume dois, todo o foco está no desenvolvimento de modelos químico. O conteúdo de cinética química está relacionado que permitem a compreensão do controle das reações ao controle de reações no contexto cotidiano, dentre eles o controle de reações de combustão. O estudo químicas. de equilíbrio químico permite compreensão dos graves O estudo das reações se inicia com o estudo dos desequilíbrios ambientais, como o da poluição da água cálculos químicos, que possibilita, ao estudante que é tratado nesse capítulo. Com esses dois tópicos, compreender o processo de rearranjo molecular, que consolidamos a compreensão do processo dinâmico das ocorre nas reações químicas. Antes desse capítulo de interações químicas. cálculos químicos, são introduzidos os conceitos de O capítulo final, do segundo volume, é do estudo quantidade de matéria e massa molar, os quais são de termoquímica. Esse estudo é desenvolvido a partir essenciais para o estudo de soluções. do conceito de calor e está relacionado à obtenção de O conteúdo da segunda série avança com o capítulo energia em reações químicas, como as de combustão. de estudo de soluções, pois o estudo de sistemas O estudo da energia das reações químicas remete reacionais, em geral, é feito a partir de sistemas em ao estudo de diferentes fontes de energia e do meio aquoso. É por meio do controle quantitativo das aquecimento global. espécies químicas, nesse meio, que podemos controlar Volume 3 as reações. Todo o estudo desses conteúdos está muito centrado em cálculos. Assim, antes de avançarmos na culminância no estudo dinâmico e energético das reações a partir do domínio dos cálculos químicos, fizemos uma introdução de estudo qualitativo das substâncias e suas propriedades, de forma a promover maior equilíbrio entre o tratamento matemático e a compreensão das propriedades das substâncias.

Geralmente, o estudo das substâncias tem sido visto no Ensino Médio como funções inorgânicas, denominação equivocada, uma vez que as substâncias inorgânicas não apresentam grupos funcionais, além desse tópico ser abordado com uma série de classificações inadequadas. Veja sobre esse assunto, artigos da Revista Química Nova na Escola: CAMPOS, R. C.; SILVA, R. C. Funções da química inorgânica... funcionam? Química Nova na Escola, n. 9, p. 18-22, 1999. SILVA, L. A. et al. 307

No terceiro volume, partimos para uma compreensão mais ampla da Química, no sentido de suas aplicações tecnológicas em diversos campos como de polímeros, metalurgia e nanotecnologia. Com esse estudo, o estudante tem a possibilidade da aplicação de conceitos mais aprofundados da constituição da matéria e uma visão mais integrada da Química. A Química Orgânica é estudada de forma integrada com temas. Assim, por exemplo, a introdução à Química Orgânica está associada ao estudo do petróleo; o estudo das funções orgânicas, ao tema alimentos e fármacos; a nomenclatura das substâncias orgânicas, ao tema drogas e fármacos.

A abordagem da Química Orgânica não é feita da maneira clássica do estudo de função por função. Busca-se uma compreensão mais ampla e relacional. Assim, prioriza-se a compreensão das estruturas,

comparando as suas estruturas com as propriedades das substâncias. Não se objetiva uma memorização de nomes e classificações, mas a lógica da dinâmica relação entre estrutura e propriedades. O conteúdo de síntese orgânica, ainda em Química Orgânica, culmina com a consolidação da compreensão do papel da Química na sociedade e do papel do químico em diferentes campos de trabalho. Este é um conteúdo não bem explorado no Ensino Médio, mas que é essencial para que alunos possam fazer opção em carreiras da Química.

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químicos que dão significados para eles. Nesses textos, tanto os conhecimentos químicos são exploradosquantos os saberes a eles vinculados de natureza multidisciplinar. Assim, eles envolvem aspectos sociais, culturais, econômicos, políticos e ambientais. Embora os textos explorem esses múltiplos aspectos do conhecimento, eles não esgotam a temática. Aqui entra um papel central do professor na abordagem desses temas: o de ampliar o seu tratamento. Na perspectiva da educação de Paulo Freire, que inspira esta obra, um princípio da abordagem temática

está na sua vinculação com temas locais, que possam explorar a situação existencial dos estudantes, dentro do seu contexto sociocultural. Nesse s entido, defendemos que o professor faça uma investigação temática da realidade de sua escola. Cabe destacar que isso significa incorporar, ao currículo, a parte diversificada. A ssim, o primeiro ponto de ampliação da abordagem temática consiste em explorá-lo dentro do contexto da escola, do bairro, da comunidade, da cidade e do Estado da federação. Nesse estudo de investigação temática, muito provavelmente serão encontrados assuntos vinculados aos temas sociocientíficos presentes no livro. No entanto, é possível que outros temas locais sejam encontrados diferentes do que apresentados na obra. Isso significa integrado aos sistemas produtivos e suas implicações que a contextualização social não deve ficar restrita na sociedade. ao que está no livro, mas, sem dúvida, a riqueza dos temas encontrados no livro e apresentados no quadro 3 Abordagem de temas adiante é uma ferramenta fundamental para que sociocientíficos na esses conhecimentos da BNCC sejam propiciados aos estudantes. contextualização social, Uma característica importante dos textos cultural e histórica sociocientíficos é seu papel de formação para cidadania, Em todos os capítulos que organizam os conceitos visando à participação ativa na sociedade. Eles, portanto, de Química apresentados no item anterior, é feita uma contemplam na plenitude, o eixo previsto na BCC de contextualização sociocultural que, como já demonstrado, “Contextualização social, cultural e histórica das Ciências se constitui em conhecimento da BNCC. Nesse sentido, da Natureza”. deve-se destacar que ao longo de toda a obra há uma A contextualização social, muitas vezes, é abordada contextualização, na qual conteúdo e suas aplicações se como conhecimento específico de Química em que confundem.

Os capítulos finais doquântico. terceiro Ambos volumecapítulos, são de eletroquímica e modelo como os precedentes consolidam o estudo de sistemas químicos, compreendendo a complexidade desses sistemas em aplicações tecnológicas. Aqui se avança em conhecimentos de eletricidade estudados na Física, assim como os conteúdos iniciais de Química Orgânica estão vinculados à Biologia. Como comentado anteriormente, somos defensores da introdução elementar de princípios da Química moderna, para uma compreensão do modelo quântico e seus impactos na sociedade. Essa abordagem privilegia, na terceira série, a compreensão mais ampla dos sistemas químicos em uma perspectiva multidisciplinar, ao mesmo tempo

Tal contextualização não se trata de informação complementar na obra e, sim, conteúdo fundamental na formação em Química, para a compreensão das interrelações CTS e, por isso, esses conhecimentos não são apresentados em seção diferenciada. Essa contextualização, muitas vezes, é desenvolvida em textos de temas sociocientíficos, os quais são abordados, de maneira articulada, com os conceitos 308

aspectos sociocientíficos são mencionados, embora não explorados em termos de participação cidadã. Caberá, ao professor, provocar, conforme o caso, o debate ampliado da temática. Esses conhecimentos são caracterizados como temas socioculturais. No quadro da próxima página, são apresentados temas socioculturais explorados em cada capítulo e os temas sociocientíficos abordados como tema multidisciplinar.

VOLUME

C APÍTULOS 1

TEMA SOCIOCULTUR AL / SOCIOCIENTÍFICO Consumismo: transformação da sociedade atual Separação de materiais para reciclagem

2 A Química e o tratamento do lixo 3

Ciência e tecnologia: incertezas e riscos

4

Orespeitoàdiversidade

5

Produtos químicos e seus rótulos

6

A Química das estruturas: resistência aos desastres

7

Água e vida

1

Consumo sustentável: redução, reúso e controle

2

Produtos químicos domésticos: cuidados no manuseio

1

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Alimentos e saúde 3 Chuva ácida 2

4

Controle de reações químicas: quem controla?

5

Reversibilidade: ciclo da água e poluição das águas Energia, sociedade e ambiente

6 Efeito estufa e aquecimento global 1

Combustíveis e a poluição atmosférica A Química e os alimentos

2 Química da conservação de alimentos

3

3

Química dos fármacos, e das drogas

4

O químico: suas atividades, a síntese e a indústria química Metais, sociedade e ambiente

5 Metais pesados e ambiente 6

Químicaeambiente 309

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Considerando a pequena carga horária de Química no currículo escolar, julgamos que da mesma forma como o professor tem de selecionar os conceitos químicos fundamentais, que são possíveis de ser bem explorados na escola, também os temas sociocientíficos precisam ser selecionados. Sugere-se que, pelo menos, um tema por bimestre possa ser objeto de um tratamento didático pedagógico mais elaborado. Isso não significa que os demais temas não sejam abordados, pois, de alguma maneira os alunos poderão estudá-los no livro didático, bastando que o professor estimule e gerencie o processo. Deve-se destacar que, em nossa coleção, privilegiamos

a natureza investigativa da atividade científica. Motivo pelo qual são exibidas, ao longo do livro, diversas tabelas. Com relação à linguagem, destacamos que ela é socialmente constituída pelo uso e, para isso, é essencial a tarefa de mediação do professor. Por esse motivo é que se estimula no livro a interação professor-aluno e que se incorpora a linguagem química em diversos textos que se repetem ao longo dos capítulos. Entendemos que não é memorizando, por meio de músicas e de regras mnemônicas, que os alunos devem guardar conceitos. Dessa forma, a retenção dos conceitos não é duradoura. Por outro lado, pelo uso cultural, a linguagem

a educação ambiental que está presente na maioria dos temas. A perspectiva de educação ambiental abordada está dentro de uma visão socioambiental, que considera o ambiente dentro do contexto da atividade humana, o qual está sujeito aos modelos de desenvolvimento humano. Não se trata de uma discussão apenas conservacionista e nem de atitude isoladas dos indivíduos na preservação, mas de um engajamento sóciopolítico de ações que analisam todos os fatores relacionados à questão. Esse é outro aspecto que precisa ser ampliado na abordagem do professor. Sugestões de como explorar os temas são apresentados na parte específica deste manual.

é naturalmente introjetada pelos estudantes e a sua aprendizagem torna-se significativa. Observe, portanto, que adotar os princípios da BNCC significa adotar novas abordagens pedagógicas, como veremos a seguir.

5

Formas de uso do livro

O livro tem um caráter investigativo, que visa propiciar atividades de elaboração conceitual. Esse processo propicia a vivência de atividades, em que o aluno estabelece ralações conceituais, e, por si só, elabora novos conceitos. Isso ocorre, por meio de um processo de mediação, em que são fornecidas informações que possibilitam o aluno estabelecer as conexões esperadas. As atividades que possuem esse caráter são as atividades experimentais e asdenominadas construção do conhecimento. Essas últimas exploram dados em tabelas, gráficos e observações de fenômenos. Além disso, a narrativa de muitos textos em sua contextualização sócio-histórica é desenvolvida de

Leitura Há diversas formas deuso do livro, além daconvencional forma de resolução de exercícios. A principal função de um livro está na transmissão de conhecimentos culturais e, nesse sentido, a leitura é a prática desejada para que possamos formar uma geração de leitores no País. Para isso, precisamos orientar os nossos alunos a desenvolverem o hábito da leitura. O nosso livro foi escrito com linguagem adequada, para que o aluno compreenda o assunto desenvolvido. Assim, recomendamos que antes da introdução de qualquer assunto, o professor solicite aos alunos que leiam trechos introdutórios do conteúdo. Na aula seguinte, a aula pode começar com perguntas que explorem as ideias dos alunos sobre assunto o lido. Uma cobrança diária, nesse sentido, vaiosapoucos incutir o hábito da leitura, pois eles vão perceber que ela é obrigatória. Uma segunda estratégia é a leitura, de forma coletiva, de trechos do livro que explicam o conteúdo. A leitura poderá ser interrompida pelo professor, fazendo intervenções explicativas e perguntas para identificar se os alunos estão compreendendo o que está sendo lido.

modo a explicitarEssa como o conhecimento construído historicamente. abordagem históricafoitanto é feita em alguns boxes da seção História da Ciência, quanto em textos de apresentação dos conceitos científicos. Essas estratégias atendem ao eixo práticas de investigação. Isso significa que de acordo com a BNCC, não basta desenvolver atividades centradas na transmissão do conhecimento, é fundamental que, no processo, o estudante compreenda e desenvolva práticas de investigação, visando identificar

Uma terceira estratégia promover,grupos, em salaemdeque aula atividades cooperativas em épequenos os alunos têm de buscar informações fornecidas no livro. As atividades de experimentação, de construção do conhecimento e as de análise e discussão de textos de temas sociocientíficos ou de contextualização sociocultural são as que possuem maior potencial para o desenvolvimento de trabalhos de dinâmica de grupo mediados pela leitura.

4

Práticas de investigação e linguagem científica

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Uma quarta estratégia recomendada é solicitar aos alunos que façam resumos ou esquemas dos textos lidos. Assim, após concluir um conteúdo, pode-se pedir aos estudantes que entreguem trabalhos escritos, resumindo ou esquematizando o que foi aprendido. Essas atividades podem fazer parte do processo avaliativo. Outra estratégia pode ser solicitar aos alunos que apresentem, para toda a turma, o que entenderam sobre um determinado assunto. Isso pode ser tanto de forma expositiva, explicando o conteúdo, como na forma de seminários, cujos tópicos poderão ser expandidos com consulta a outros materiais bibliográficos que

Os esquemas ilustrativos são representações comunicativas organizadoras das ideias descritasno texto. São, assim, ilustrações que apresentam função explicativa e esclarecedora, no sentido de simplificar ou destacar as informações contidas no texto. É bom que a sua leitura seja acompanhada da leitura do texto. O esquema contém um número grande de informações, as quais nem sempre são apreendidas pelos alunos, por falta de conhecimento das partes queconstituem o objeto ou o processo representado. Por isso, é fundamental que você explique, detalhadamente, cada tema do livro, chamando a atenção para os aspectos centrais.

complementem o assunto tratado no livro. A resolução de questões da seção “Revisão para a prova”, por meio da participação direta dos estudantes é uma outra estratégia. Essas questões foram elaboradas de forma a exigir uma leitura prévia do texto do livro. Pedir para que os alunos as resolvam em casa e solicitar que expliquem suas respostas em sala, é uma forma de induzi-los ao estudo prévio. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

As imagens dos textos sociocientíficos, além do caráter descritivo de situações cotidianas, também apresentam finalidade complementar ao texto. As informações contidas nesse tipo de imagem acrescentam informações ao texto, na tentativa de aumentar o quantitativo informativo, exemplificar e despertar o senso crítico. Parar a leitura, pedir aos estudantes que pensem nas informações que a imagem O uso das imagens do livro de uma foto pode trazer, é um bom exercício de leitura Esta obra apresenta uma grande preocupação com o que podemos fazer com nossos alunos. tratamento de suas imagens, baseando-se no princípio de Em Ciências, é comum a utilização de imagens para que a mensagem visual desempenha um papel importanterepresentar modelos de estruturas que não ãs o visualizadas, na educação em Ciências, tanto na construção quanto na o átomo. As limitações dessas representações devem ser representação e comunicação de ideias e conceitos científicos. esclarecidas, para que os estudantes não fiquem com impressões equivocadas do conceito apresentado. Como De modo geral, as imagens desempenham papéis diversificados nos livros didáticos. Suas funções podem ser definidas conforme a relação com o texto no qual estão inseridas. Conscientes do valor das imagens, nesta obra tivemos preocupação com a comunicação visual, utilizando diversos tipos de imagens para ilustrar diferentes tipos de textos e enfoques. Acreditamos que é importante explorar o potencial comunicativo de cada imagem, para proporcionar maior compreensão dos conceitos descritos nos textos. Além do texto, também a imagem merece ser lida numa página. O estudante deve saber ler e interpretar as imagens, pois o domínio desses processos tem relação direta com a aprendizagem de conhecimentos científicos. Vejamos alguns exemplos de leituras de imagens.

Os gráficos são representações que expressam informações quantitativas de forma explicativa, concisa e clara. No livro, esse tipo de representação é bastante explorado. Destacamos a importância de se fazer a leitura interpretativa dessas imagens, no contexto do desenvolvimento da leitura visual, para a obtenção de informações de dados, muito importante para o desenvolvimento da leitura matemática. Observe que há indicativos de variações nas tabelas por meio do uso da cor. 311

exemplo, podemos citar as representações de átomos, cujas proporções não sãodevidamente consideradas, visto que, se fossem, não poderíamos ver o desenho de seus núcleos. Lembramos que existem outras funções que uma imagem pode ter para um texto didático e que, efetivamente, contribua para a comunicação dosconceitos científicos. Nesse sentido, é importante que exista um espaço para o desenvolvimento da leitura visual, além da textual, no ambiente de sala de aula, para que todo potencial comunicativo expresso no livro possa, efetivamente, contribuir para a aprendizagem.

Uso do livro e a dinâmica de sala de aula A rotina de sala de aula tem sido restrita à explicação do conteúdo, à cópia de resumo na lousa dos conceitos explicados e, depois, resolução de questões do livro didático. O nosso material é fundamentado em princípios que instauram uma nova dinâmica de sala de aula. O livro orienta-se em princípios da interatividade e da participação ativa do aluno no processo pedagógico. Nesse sentido, a sugestão do uso do livro didático é como instrumento de mediação do conhecimento em atividades desenvolvidas pelo aluno.

Por esse motivo, apresentamos no item anterior várias recomendações de forma de uso, em que o aluno faça leitura do livro. Portanto, o papel do professor passa a ser o de gerenciar atividades que requisitem a participação do aluno no estudo dos conceitos abordados no livro. Isso não significa que o professor não terá o papel fundamental de explicação conceitual. Não se trata de repetir o que está no livro, mas de explicar com outros recursos o conteúdo, destacando pontos centrais que deverão ser observados pelos alunos. Ao fazer essa tarefa, o professor vai exigir que os alunos cumpram a tarefa de execução de pequenas atividades.

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com o conteúdo que será introduzido adiante. Por esse motivo, em geral, a questão é respondida no decorrer da seção, de forma que o aluno estabeleça uma conexão entre suas concepções e o novo conceito apresentado. Essas questões servem para instigar o estudante a dar suas próprias explicações sobre o assunto. É uma das maneiras de ouvi-lo e de identificar como ele entende os fenômenos em questão. São perguntas elaboradas para direcionar o raciocínio para o processo que estamos desenvolvendo, auxiliando na construção do conhe cimento. Dê tempo para os estudantes pensarem e responderem à questão; nem sempre isso é conseguido de imediato. Aqui, sugerimos a substituição da atividade de cópia Ouvindo o que os estudantes pensam a respeito do de resumo do quadro, por atividades de reelaboração assunto, o professor poderá entender as relações conceitual do texto didático. As nossas pesquisas têm estabelecidas por eles, ou seja, as suas visões pessoais. A apontado que os estudantes conseguem, com facilidade partir daí, o professor poderá intervirpara dar suporte para compreender os textos do livro. o entendimento em conjunto do conceito em questão. Não apresentamos uma rotina de aula, pois É de fundamental importância que oprofessor explore defendemos a autonomia do professor de construir a sua essas questões, mesmo em turmas menos participativas. própria trajetória. O que recomendamos é a diversidade Para encorajar os estudantes, procure utilizar expressões de atividades, nas quais os estudantes tenham uma como "tente explicar com suas palavras", "procure participação ativa. responder". Lembre-se que as interações em sala de aula Na próxima seção, apresentamos algumas sugestões são socioculturalmente situadas, assim será o contexto de como cada seção do livro poderá ser explorada em da aula que determinará o que e como perguntar ao aluno. Reformule as questões do livro, de acordo com as sala de aula. características da turma e com a realidade local, de forma a torná-las mais próximas do contexto sociocultural de seus

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As seções do livro

A organização do livro em seções tem um caráter didático, que facilita o seu uso. Infelizmente, a maioria de nossos estudantes não desenvolveu, ainda, o hábito de leitura e de explorar uma obra didática. Pesquisas apontam que, muitas vezes, o livro é usado única e exclusivamente para resolver exercícios e rever a matéria para provas. Recomendamos que, no início do ano letivo, você incentive o estudante a ler as páginas iniciais do livro, ou leia junto com eles para que possamexplorar, ao máximo, o potencial pedagógico da obra. Além das importantes informações no livro do aluno sobre seu uso, a seguir apresentamos informações para você explorar melhor cada uma das seções e para que você possa manter o estudante informado sobre como trabalhar com ele para que seja uma ferramenta efetiva no aprendizado da Química.

estudantes. em Essesala processo envolve um aprendizado de cada profissional de aula, que começa quando decidimos ouvir os nossos estudantes – esse é o primeiro passo.

Conceitos químicos O conteúdo programático de Química é abordado em tópicos situados ao longo do livro, numerados por títulos ou em subseções. O tratamento do conteúdo foi desenvolvido por meio da contextualização social, histórica ou tecnológica, estabelecendo relações conceituais, por meio de atividades ou da exploração dos conhecimentos prévios dos alunos. Por esse motivo, a apresentação dos conceitos é sempre acompanhada por textos explicativos, que facilitam a compreensão dos conteúdos pelos estudantes. Temos recebido relatos de vários estudantes afirmam que essa forma de apresentação tem contribuído para

eles entenderem conteúdos por conta própria. Nesse sentido, é fundamental que o professor desenvolva, nos estudantes, o hábito da leitura dos textos e que procurem compreender as explicações Pare e pense desenvolvidas. Isso propiciará uma aprendizagem Essas são questões com importante papel na mediação significativa, que é muito mais duradoura do que a do conhecimento escolar. Elas foram estrategicamente aprendizagem por memorização feita em sentenças colocadas no texto, para suscitar a exploração de sumarizadas descontextualizadas, como as apresentadas concepções prévias dos alunos e estabelecer um vínculo em apostilas. 312

Conceito em destaque Os conceitos químicos centrais, abordados nos tópicos em geral, são destacados em um boxe. Nenhum conceito é apresentado antes de uma contextualização. O objetivo desse destaque é chamar a atenção do estudante para o conceito, ajudando-o no trabalho de revisão e organização do estudo. Espera-se, contudo, que eles não sejam cobrados na prova, de forma a exigir do estudante a sua memorização. O mais importante é eles entenderem a sua significação.

História da Ciência

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A contextualização dos conceitos é feita, muitas vezes, com uma apresentação de como eles foram construídos historicamente, pela comunidade de pesquisadores. Isso é feito no próprio texto didático das seções e em seções de boxe denominadas História da Ciência. O objetivo da contextualização é evidenciar a natureza da Ciência, caracterizando o papel da comunidade científica, o seu caráter provisório, as influências do contexto sociocultural e político, enfim, destacando a Ciência como uma atividade humana. Com esses propósitos, é fundamental que o professor destaque, em suas aulas, as considerações acima. O que pode ser feito com narrativas que auxiliem na construção de uma visão de Ciência, que se contraponha ao modelo vigente que reforça concepções de Ciência positivista, fruto de pensamento meramente empírico-indutivista; rígida, algorítmica, exata, infalível; aproblemática e ahistórica; acumulativa, de crescimento linear; individualista e elitista; e descontextualizada. Daí a importância de se explorar essa seção e os textos históricos ao longo do livro, questionando o aluno a refletir sobre o contexto histórico que favoreceu a emergência de determinados conceitos. Essa abordagem vai desenvolver os conhecimentos relativos ao caráter investigativo da Ciência.

Atividade Experimental Esta seção do livro envolve atividades práticas de observação e coleta de dados. A estruturação das atividades foi proposta na perspectiva de o estudante explorar o fenômeno, para que possa compreender as relações conceituais estabelecidas na sua formalização. Nessa perspectiva, muitas dessas atividades foram desenvolvidas com caráter investigativo, no qual o aluno é estimulado a formular hipóteses. 313

Na introdução do experimento, sempre são apresentadas a explicitação do objetivo da atividade e as condições para realização (laboratório, sala de aula, atividade demonstrativa etc.). Somos cientes das dificuldades da maioria das escolas de Ensino Médio e sabemos que poucas delas mantêm espaços reservados para laboratórios de ciências. Nossa luta é pela melhoria desse quadro. Seria um enorme conformismo partir do pressuposto que esta é a única situação possível e de que nós professores nada temos a fazer, senão cruzar os braços e nos entregar a um ensino livresco, desprovido de qualquer apreensão da natureza prática da Ciência. Não podemos encarar a situação assim, com tamanha passividade. É por esse motivo que em nossos livros, apesar das adversidades já previstas, propomos diversos experimentos que podem ser selecionados conforme a realidade de cada escola. Em algumas, já se mostrou ser possível realizar todos os experimentos; em outras, muitos deles são conduzidos de maneira demonstrativa, enquanto outros são apenas discutidos. Isso nos dá a plena convicção de que estamos sugerindo atividades perfeitamente viáveis. Na falta de materiais, há experimentos mais simples que podem ser desenvolvidos com materiais alternativos, indicados no próprio texto, e executados em as la de aula. Embora incentivemos o uso desses materiais, consideramos que é fundamental as escola procurar

disponibilizar, menos, os equipamentos de vidraria. Deaofato, é muito importante asbásicos escolas disponham de laboratórios, até para que os alunos entenderem que fazer Ciência exige investimento e uso de material especializado. Mas não é só isso que conta. No ensino da Química, a teoria deve, sempre que possível, estar associada à prática. Assim, não é suficiente uma escola contar com uma excelente instalação para experimentos, e até mesmo destacar um professor específico só para aulas de laboratório, se o trabalho prático se mantiver dissociado da abordagem teórica. Nesse sentido, consideramos que, muitas vezes, se torna mais adequado o desenvolvimento de muitas dessas atividades práticas na própria sala de aula. As atividades experimentais apresentadas na seção “Química na escola” trazem consigo diferentes propósitos. Um delesEnsinar é demonstrar processoensinar de construção da de Ciência. Ciênciaso significa um modo pensar e dominar a linguagem e os métodos de obtenção desse conhecimento. E, para isso, precisamos ensinar aos estudantes a observar, interpretar, ler tabelas, analisar dados e controlar variáveis. Não se espera formar cientistas, mas levar aos estudantes, na qualidade de cidadãos, a entender como os cientistas trabalham e compreender as potencialidades e limitações da Ciência.

advertências, em destaque, não se prestam a rotular atividades de alto risco, mas servem como importantes dicas de segurança no trabalho que será desenvolvido. Isso é válido, inclusive, para quando o aluno for desempenhar seu papel no ambiente de trabalho profissional, no futuro. É fundamental, que, em todas as aulas práticas, o professor enfatize as normas de segurança que constam no final do livro e que ressalte os cuidados específicos para o experimento a ser realizado. Lembre-se, de advertir os alunos sobre os cuidados nos procedimentos e a atenção aos ícones indicando cuidados especiais a serem adotados. O significado desses ícones está no final das normas de segurança e é importante que oprofessor tenha o cuidado de chamar a atenção para a sua sinalização. potencial cognitivo. Porém, se o professor se mantiver na trama discursiva, apresentando dados, discutindo No livro, tivemos uma preocupação ambiental, possíveis resultados, explorando as questões de análise selecionando materiais que não são potencialmente e os textos subsequentes ao experimento, ainda, assim, tóxicos, ou seja, não agridem o ambiente de forma será possível a exploração de nosso material didático e o intensiva. Portanto, as substâncias utilizadas possuem alcance dos seus objetivos pedagógicos, mesmo sem a pequeno efeito sobre o ambiente ou podem oferecer um realização de todos os experimentos. Obviamente, espera- pequeno risco com a produção de grandes quantidades se que, pelo menos, uma vez no bimestre o professor de resíduos. Nesse caso, destacamos com um ícone ao possa desenvolver uma atividade experimental. lado do procedimento: "Não desperdice". Peça que os Outros experimentos poderão ser desenvolvidos em alunos façam o uso parcimonioso do material, para evitar sala de aula, além dos sugeridos apresentados no livro. acúmulo ou descarte maciço de produtos químicos na No site Ponto Ciência (http://www.pontociencia.org.br) rede de esgoto pública. Lembre-se de advertir o estudante existe uma grande variedade de experimentos adequados nesse sentido. ao Ensino Médio. É importante que o professor procure usar as aulas de laboratório para desenvolver, nos estudantes, Análise de dados atitudes ambientalmente favoráveis. Assim, é preciso Outro propósito da atividade experimental, na obra, é de natureza pedagógica. Com a experimentação, podemos introduzir o conteúdo a partir dos aspectos qualitativos e macroscópicos; por meio dela, auxiliamos a construção de conceitos científicos e de processos dialógicos. Manipulando materiais e dados, os estudantes são estimulados a estabelecer relações conceituais. A partir daí, o professor consegue explorar suas concepções e interpretações, desencadeando o processo dialógico tão almejado. Obviamente, ao deixar de realizar muitas das atividades experimentais, estaremos também reduzindo o seu

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Todas asdeatividades possuem de análise dados, asexperimentais quais possibilitam, aoquestões aluno, compreender os modelos propostos para explicar o fenômeno analisado ou para estabelecer generalizações que permitam compreender a ocorrência do fenômeno. Geralmente, após os experimentos, apresentamos uma síntese explicativa do que foi desenvolvido, para que o aluno possa compreender o fenômeno observado. Procure dar atenção especial à discussão das questões da análise e à explicação do experimento. Isso é de fundamental importância para que a atividade alcance os seus propósitos pedagógicos. O papel da experimentação não se limita à demonstração de um fenômeno. Ela vai além, propiciar o entendimento do que ocorreu e, por isso, a análise de dados é essencial.

que o estudante procure usar todas as substâncias dos experimentos, sempre em quantidades comedidas, dando uma atenção mais especial para aquelas seguidas do ícone "Não desperdice". Uma prática bem recomendada, nesse sentido, seria a adoção de equipamentos de laboratório de microescala, os quais utilizam doses pequenas dos materiais adotados. Para saber mais sobre esse conteúdo, consulte Cruz e Galhardo-Filho (2004). Práticas como essas têm sido chamadas de Química Verde, dada à sua preocupação ambiental. É importante destacar que o primeiro e talvez mais importante dos princípios da Química Verde é não gerar resíduos. Por isso, em nosso livro buscamos desenvolver experimentos e atividades que gerem poucos resíduos. Certamente, é desejável queo professor proponha outros

experimentos em sala de aula, de acordo com os seus recursos disponíveis. Lembre-se que é preferível realizar um experimento simples com comprimido efervescente, mas que gere poucos resíduos, do que realizar um experimento chamativo como o do vulcãozinho, gerando enorme quantidade de óxido de crômio como resíduo, ou que produza um belo precipitado amarelado de iodeto de chumbo.

Normas de Segurança Os experimentos propostos trazem as orientações básicas sobre a sua realização. É importante que o professor dê atenção especial às normas de segurança, enfaticamente advertidas no livro. Todas as atividades sugeridas envolvem procedimentos simples e todo o cuidado foi adotado para evitar possíveis acidentes. As 314

Outro desafio é transformar o que se tratava como rejeito em matéria-prima. Soluções de sulfato de cobre, comumente utilizadas em demonstrações no ensino de Química no nível médio, podem ser aproveitadas para obtenção de cristais do sal. Posteriormente, esses cristais podem ser dissolvidos em água, produzindo novas soluções. Como educadores químicos, temos o desafio de trabalhar pela continuidade do desenvolvimento e pela melhoria do ensino sem, entretanto, comprometer o ambiente e a saúde humana.

Construção do Conhecimento

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Nesta seção, foram colocadas atividades que também têm o propósito de auxiliar no processo de construção do conhecimento do estudante. Nelas buscamos fornecer dados, com os quais os estudantes, pela manipulação ou pela observação, desenvolvam atividades que os guiem rumo ao entendimento. Isso, todavia, passa por um processo dialógico que precisa sermediado pelo professor. É por tal motivo que essas atividades são acompanhadas de uma série de questões, com o intuito de direcionar o estudante a estabelecer relações entre o que ele observou ou manipulou e o conhecimento de Química que está sendo introduzido. Essas atividades podem ser desenvolvidas de maneira colaborativa em pequenos grupos na sala de aula. Tanto para as questões de análise de dados como para as atividades, não apresentamos gabarito, pois não se espera julgar a resposta do estudante, mas apenas entender o que ele está pensando e ajudá-lo a caminhar em direção ao que queremos ensinar. Na verdade, a resposta está desenvolvida no texto didático, logo após a atividade.

Exercícios Os exercícios que apresentamos têm como objetivo a avaliação da compreensão conceitual. Inicialmente, a ênfase está em remeter os estudantes à revisão dos conceitos mais fundamentais que foram abordados, de modo que , para a resolução, eles voltem propositadamente ao texto, para identificar os tópicos centrais. Em seguida, vêm as questões que envolvem a resolução de problemas convencionais de Química. Incluímos esses exercícios para que o aluno desenvolva a capacidade de resolver problemas, usando a linguagem da Química e interpretando os processos comuns à área. Enquanto as atividades de construção doconhecimento e de experimentação desenvolvem competências do 315

domínio de investigação e compreensão, as atividades de formação para a cidadania desenvolvem as competências do domínio de contextualização sociocultural; os exercícios objetivam explorar as competências de representação e comunicação, as quais também são exploradas naquelas outras atividades. Procuramos, nos exercícios, nos ater aos conceitos centrais, evitando o excesso característico da maioria dos livros de Química, queprivilegiam uma grande quantidade de cálculos, muitas vezes descontextualizados e que pouco acrescentam à formação ampla do cidadão. Considerando, todavia, que a aprendizagem significativa ocorre mediante um processo dialógico em sala de aula, em que o estudante constrói o seu próprio saber pelo estabelecimento de relações conceituais, enfatizamos a importância de se privilegiar atividades de construção do conhecimento. Sendo assim, apesar de incluirmos no livro várias questões de vestibular, pensamos que mais importante que usar a sua aula para resolver exaustivamente todas as questões seria, priorizar a discussão conceitual, selecionando os exercícios mais relevantes para serem resolvidos em sala, de acordo com o tempo disponível. Esclarecemos que muitas das questões de vestibular, incorporadas em nossas listas, sofreram pequenas adaptações necessárias para padronizar a linguagem empregada no livro e, vez por outra, para eliminar itens

ou terminologias que não se enquadram nos critérios didáticos desta obra. Sabemos que muitos de nossos alunos vão fazer provas de vestibular. Acreditamos que, se eles aprenderem os conceitos centrais da Química e desenvolverem o pensamento analógico para entender os processos químicos, com certeza apresentarão facilidade em realizar provas de vestibular e do Enem com sucesso. Todavia, é importante que o aluno tenha vivência com estilo de questões do vestibular que ele pretende fazer. Motivo que adotamos essas questões. Além disso, esses exercícios avaliam a capacidade do aluno de aplicar os conceitos químicos a diferentes contextos. Alguns são mais complexos e vão preparar os estudantes a enfrentar situações mais desafiadoras em exames.

Revisão para prova A orientação para o aluno estudar para a prova, é desenvolver o hábito do estudo com antecedência, fazendo um resumo ou esquema que sintetize o conteúdo estudado, identificando os conceitos chaves que foram abordados. Com esse hábito, o estudante vai desenvolver a sua capacidade de síntese e conseguirá sistematizar

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os principais conteúdos trabalhados. Mais uma vez, destacamos a necessidade de orientação do estudante para não memorizar conceitos sem que antes tenham uma compreensão clara de seu significado. Além dessa recomendação de síntese, foi elaborada a seção Revisão para a prova. Trata-se de uma lista de três a cinco páginas, elaborada em conformidade com a apresentação dos conteúdos do capítulo. Elas estão disponibilizadas no final de cada capítulo, nos formatos de julgue certo e errado e múltipla escolha. A intenção dessa seção é resolver observações feitas a partir da utilização do livro em sala de aula, no que se

Esses temas podem ser desenvolvidos de diferentes maneiras. O texto do livro possui uma riqueza de informações, que pode ser ampliada pelo professor. O tema pode ser abordado com complementação de leituras de jornais e revistas e de livros paradidáticos, que são recomendados na seção é bom ler. Pode-se usar reprodução de filmes ou documentários sobre a temática e realizar visitas a empresas, cuja atividade tem vínculo com o tema. Especialistas podem ser convidados para desenvolver o tema com os alunos. Os alunos poderão apresentar seminários sobre o tema, encarregando um grupo para cada tema a ser debatido ao longo do ano.

refere à leitura dos textos e à elaboração das questões de provas escolares. Sabemos que a grade horária de aula semanal de Química impede que todo o conteúdo disponibilizado no livro seja lido e debatido em sala de aula. As questões foram elaboradas a partir de textos do livro, de forma que para a sua resolução, o aluno deverá, obrigatoriamente, ler o livro. Assim, o professor ao exigir a resolução desses exercícios vaiestar induzindo uma leitura de revisão de todo o conteúdo. O estilo das questões também buscou seguir, de alguma maneira, as provas do Enem com o propósito de ajudar o aluno a se preparar para esse importante exame.

Confecção de muraisoutra sobrerelevante a temática, para exposição na escola, constitui atividade. O uso de diversidade de abordagem será de uma riqueza pedagógica importante para engajamento dos estudantes no processo educativo. Esses temas poderão ser adotados como projetos educacionais da escola, envolvendo diversos professores. Temos relato de diversas escolas que desenvolveram projetos na escola a partir de temas de nosso livro. O uso de paradidáticos pode também se configurar em um projeto mais amplo da escola.

Gabaritos No livro do aluno, apresentamos apenas o gabarito

Participação Cidadã

Nesta seção são apresentadas questões para discussão do tema sociocientífico, que envolvem a contextualização das questões objetivas, poisOqueremos estimular social, cultural e histórica das Ciências da Natureza, que independência de respostas. gabarito de questõesa subjetivas pode levar o estudante a julgar que apenas constitui um dos eixos da BNCC. Essas questões, portanto, respostas dadas com as expressões do livro estão mobilizam conhecimentos essenciais que devem ser corretas. Lembramos que, neste guia do professor, são incorporados ao currículo. O seu caráter visa à educação apresentados subsídios para a resposta de todas as científica para a participação na sociedade, o que justifica questões dos exercícios do livro. sua denominação. Tema sociocientífico Pela sua natureza, essas questões possuem um caráter Todo capítulo possui, pelo menos, uma seção contendo interdisciplinar; algumas são tipicamente abordadas em uma contextualização sociocultural, seções essas que outras disciplinas. Recomendamos o uso de debates já foram expostas no Quadro Temas socioculturais / que possam incluir professores de outros componentes sociocientíficos apresentados no livro. A maioria dessas curriculares. Isso vai exigir um trabalho, em conjunto, com seções é desenvolvida de forma a explicitar e evidenciar os demais colegas da escola, o que nem sempre é uma a natureza sociocientífica da temática. Nessas seções, tarefa muito fácil. Todavia, nossa experiência demonstra sempre há conceitos químicos importantes que estão que, mesmo não havendo a participação de outros relacionados ao tema de natureza multidisciplinar. professores, os debates podem ser conduzidos com um caráter interdisciplinar nas aulas de Química, desde que o Identificamos como tema sociocientífico, os que ampliam e exploram aspectos sociais, culturais, professor esteja aberto a estabelecer relações do assunto políticos, econômicos, éticos ou ambientais. Os que com outras áreas do conhecimento. Isso pode ser feito são mencionados apenas como temas socioculturais, de modo que, nos debates temáticos, haja abertura para não possuem no texto uma ampliação desses citados aspectos, embora vínculos a eles são estabelecidos. Nesse o que os alunos comecem a compreender a natureza sentido, qualquer um desses temas poderá ser ampliado multidisciplinar dos problemas sociais, que requerem e abordado pelo professor, em aspectos sociocientíficos análise de encaminhamento das possíveis soluções por relativos à realidade da escola. diferentes especialistas. 316

possa, por meio da reflexão crítica, atuar para que ele seja transformado.

Atitude Sustentável

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Nosso ideal, é que essas atividades sejam vistas Esta seção inserida dentro dos temas sociocientíficos possui um caráter socioambiental fundamental, motivo, como projetos a serem desenvolvidos por toda a escola, que de alguma maneira, devem ser destacadas pelo englobando também os diversos segmentos da comunidade professor em suas aulas. escolar e da comunidade local. As atividades propostas consistem em ações a serem desenvolvidas pelos alunos. Tais ações alcançam seus objetivos na mesma proporção Questão Sociocientífica em que têm significado para eles. Então, nada mais certo Questões sociocientíficas são questões controversas que elas estejam vinculadas ao contexto da comunidade, entre especialistas sobre temas de interesse social, do dia a dia. Assim, caberá a você, professor, juntamente que envolvem valores. São exemplos de questões com os estudantes demais edtrabalho, atividades selecionar, sociocientíficas, o uso de transgênicos, agrotóxicos, idealizar e propor, aepartir de colegas nossas sugestões, animais em testes de fármacos, biotecnologias, que se adaptem à realidade de sua comunidade e que, dentre outros. A introdução dessas questões tem sido verdadeiramente, engajem os estudantes em ações que recomendada, recentemente, no ensino de Ciências contribuam para a transformação social. por diversos objetivos. Essas questões propiciam uma compreensão da natureza incerta da Ciência, o A maior parte das atividades sugeridas seconfigura em desenvolvimento da argumentação e da moralidade e projetos a serem desenvolvidos pela escola, devendo ser contribuem para a formação para a cidadania. assumidos, coletivamente, por professores de diferentes Essas questões são de temas atuais, que estão disciplinas e pela direção da escola. Eles poderão ser presentes na sociedade e a sua solução não está restrita desenvolvidos em outros horários e em ambientes à opinião de especialistas. A sociedade deve participar extraescola. Muitas atividades podem ser realizadas no das decisões sobre essas questões e a escola tem papel essencial a cumprir na formação dos jovens para participar horário de aula, mas em espaços alternativos como ao de tais debates. Questões morais precisam ser debatidas ar livre, em jardins etc. Locais que podem propiciar a na escola não de forma dogmática, mas de forma aberta. descontração e a reflexão sobre temas importantes. O enfoque desta atividade é atuação em problemas Assim, o debate dessas questões deve ser conduzido com fornecimento de informações dos dois lados comunitários. Recomenda-se entrevistas com a oponentes na controvérsia. Os alunos têm de ser comunidade, elaboração de cartas com abaixo-assinado estimulados a justificarem os argumentos que apresentam para autoridades, produção de vídeos para denunciar sobre cada lado e deve-se favorecer para que o assunto problemas locais, o envolvimento da imprensa local, bem incorpore tanto conhecimento científico e tecnológico, como questões éticas, de interesses político, econômico como ações comunitárias, como mutirão, campanhas etc. e social. Algumas questões são postas no livro, mas É bom ler outras podem ser debatidas a partir de outros temas Esta seção é fundamental para orientar os estudantes sociocientíficos do livro. a aprofundarem seus conhecimentos sobre os temas estudados. É indispensável o desenvolvimento do hábito Tomada de Decisão da leitura. E isso se torna essencial quando adotamos estratégias de dinâmicas de grupo para a montagem de São questões relativas às questões sociocientíficas murais informativos na escola sobre determinado tema, ou temas sociocientíficos. Seu objetivo é desenvolver e apresentação de seminários por meio dos quais os a capacidade do aluno de fazer opções, levando em estudantes enriqueceriam o conteúdo do tema da unidade considerações vários aspectos. Além das questões introduzidas no livro, outras poderão ser preparadas pelo com pesquisas bibliográficas e nainternet. Essa seção, ao final do livro, é ferramenta importante professor, em outros temas sociocientíficos explorados. nessas atividades. Muitos dos livros referenciados são paradidáticos, que poderão ser recomendados paraleitura Ação e Cidadania por todos os estudantes. O professor poderá solicitar Essas atividades vão ao encontro das ideias contidas resumos ou resenhas do livro, atividade esta que poderá no projeto educacional de Paulo Freire, o qual defende ser previamente combinada e feita com a orientação do que o aluno explore o mundo que o cerca, para que assim professor de Língua Portuguesa. 317

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Orientações e sugestões metodológicas específicas para o volume

"E não se diga que, se sou professor de Biologia, não posso me alongar em considerações outras, que devo apenas ensinar Biologia, como se o fenômeno vital pudesse ser compreendido fora da trama histórico-social, cultural e política. Como se a vida, a pura vida, pudesse ser vivida de maneira igual em todas as suas dimensões, na favela, no cortiço ou numa zona feliz dos ‘Jardins’ de São Paulo. Se sou professor de Biologia, obviamente devo ensinar Biologia, mas, ao fazê-lo, não posso secioná-la daquela trama." Paulo Freire

Neste capítulo apresentamos orientações sobre articulações e formas de desenvolvimento do conteúdo e dos temas sociocientíficos, sugestões de atividades metodológicas, bem como possibilidades de aprofundamento dos conteúdos deste volume. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

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Orientações sobre articulação dos conceitos químicos

No capítulo 6, damos continuidade ao estudo da constituição das substâncias, explicando as ligações e interações entre os constituintes. Com o objetivo de integrar o conhecimento químico e demonstrar o papel dos modelos científicos, no capítulo 7, associamos o estudo dos modelos de ligações ao das propriedades das substâncias.

O desenvolvimento curricular deve ser feito de forma articulada com os demais componentes curriculares. Este volume tem como tema central o estudo das substâncias, dos materiais e de seus constituintes. Para Na Matemática, pode-se integrar o estudo de gráficos isso, partimos do princípio de que o ensino de Química quando ele for requisitado no estudo das curvas de aquecimento de materiais e nas leis dos gases. Conceitos deve começar comàuma abordagem macroscópica para de Física são requisitados e precisam ser revisitados. Assim, depois se chegar abordagem microscópica. Assim, o professor precisa rever conceitos de energia e de energia os três primeiros capítulos introduzem o estudo da Química, caracterizando a sua relação com a sociedade cinética no estudo dos gases e dos modelos atômicos, bem e apresentado um tratamento bastante fenomenológico. como conceitos de pressão e temperatura. A abordagem Depois do estudo das propriedades das substâncias é que histórica do processo de construção do conhecimento introduzimos a linguagem química. científico introduz contextos históricos, que devem ser A ideia de átomo é introduzida com atividades que revisitados no estudo da disciplina de História. Todos os caracterizam a visão particular da matéria e que expressamtemas sociocientíficos apresentam forte conexão com o significado de modelos.A partir daí, é que introduzimos, conteúdos de Biologia, Geografia, História, Sociologia e no capítulo 4, o estudo de gases com o propósito de Filosofia. No estudo desses temas, deve-se pensar em desenvolver a ideia de constituição de partículas. Dessa formas de aprofundamento com os colegas das demais forma, a abordagem do estudo de gases, visou explicitar disciplinas, podendo ser envolvidos os professores de como a partir do estudo de suas propriedades foi possível Língua Portuguesa. desenvolver a teoria cinética, que trata a matéria como pequenas partículas. Por meio, da consolidação da ideia 2 de como a Ciência desenvolve modelos a partir das propriedades é que introduzimos o estudo da constituição Sugestões de atividades pedagógicas atômica no capítulo 5. A proposta pedagógica desta obra é a diversidade de Entendemos que no estudo dos modelos atômicos desse capítulo podem ser abordados até os modelos opções metodológicas; assim, neste item, são sugeridos de Rutherford e de Bohr, ficando o estudo do modelo alguns tipos de atividades pedagógicas, que poderão quântico para a 3a série, quando o estudante já possui ser desenvolvidos em sala de aula. Mais adiante serão conhecimentos mais avançados de Física que lhe permitamapresentadas sugestões específicas de atividades de compreender os fundamentos teóricos desse modelo. enriquecimento, para os diversos conteúdos abordados. 318

Trabalhos cooperativos

As aulas de Química caracterizadam-se pela antiga tradição de transmissão verbal de conhecimentos. Aplicam-se esquemas no quadro-negro e utilizam-se fórmulas didáticas, com o intuito de fazer o estudante entender a linguagem e as classificações da Química. A iss o

tudo seguem-se resoluções de exercícios, que envolvem algoritmos matemáticos e a cobrança de conceitos que são mecanicamente decorados pelos estudantes. Esses conceitos são, muitas vezes, apresentados por meio de definições, que nem sempre proporcionam compreensão clara e precisa, levando a entendimentos equivocados do

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Antes de expor o conteúdo, o professor pode elaborar perguntas-chave, para que os estudantes fiquem atentos ao que será desenvolvido, e, em seguida, pedir leitura prévia do texto. Tais estratégias auxiliam o estudante na interpretação do texto e permitem desenvolver o conteúdo de forma interativa com a turma. A alternância de diferentes estratégias de ensino e de recursos didáticos nas aulas de Química, como já foi dito, contribui para que os estudantes se engajem mais intensivamente nas aulas, participando com maior interesse. A abordagem temática é algo que propicia o uso de diferentes estratégias.

conhecimento químico. Assim tem sido o ritual de ensinar O que também traz excelentes resultados são as Química na escola. técnicas de simulação, em que osestudantes representam Este livro pretende tratar dos conceitos da Química, papéis de diferentes personagens, como o de prefeito, ressaltando o significado científico e ocontexto tecnológico líderes comunitários, industriais, comerciantes etc., tendo e social nos quais surgiram. A nossa meta é fornecer de questionar, opinar e agir como tais pessoasagiriam em suporte para que o conhecimento seja aprendido pelo situações-problema simuladas. Isso estimula a participação estudante, de forma significativa. O método pressupõe efetiva dos estudantes. Ainda nessa perspectiva, podemo estabelecimento de relações conceituais pelos próprios se promover debates em que dois blocos diferentes estudantes, por meio da mediação do conhecimento pelo defendem ideias opostas sobre o encaminhamento de professor, que deve explorar as concepções prévias dos possíveis soluções para um assunto polêmico. estudantes, atribuindo-lhes valor e significado. Visitas Tendo isso como ponto de partida, para o sucesso A discussão dos temas das unidades torna-se mais do curso, é fundamental que os professores adotem contextualizada e enriquecida quando são feitas visitas a estratégias de ensino em que haja maior interatividade indústrias, laboratórios, universidades, museus, centros de ciência entre professor e estudantes e em que as “vozes” e locais da comunidade em que haja problemas ou projetos

dos estudantes sejam ouvidas nas aulas. A utilização diversificada de estratégias de ensino e recursos didáticos muito poderá contribuir para esse processo e possibilitará mudança do ensino de Química, queantes era centrado na transmissão de conteúdos e que agora busca abordagens que sejam mais inclusivas. A adoção de dinâmicas de grupo é boa estratégia para aumentar a participação dos estudantes, sobretudo, nos debates dos temas em foco. Os debates poderão ser conduzidos em duas etapas: inicialmente, os estudantes discutem as questões propostas em pequenos grupos; numa segunda etapa, cada grupo apresenta para toda a turma as suas respostas às questões, quando, então, o professor conduz o debate, procurando confrontar as ideias diferentes, questionar alguns pontos de vista e explorar os argumentos apresentados, de modo a ampliar a discussão. Dinâmica semelhante poderá ser conduzida quando forem feitos experimentos. O professor, antes de apresentar as conclusões que eram teoricamente esperadas, deve estimular os estudantes a tirar as suas próprias conclusões e, em seguida, questioná-los para verificar se estão compreendendo corretamente o que foi apresentado.

ambientais, como rios, lixões, áreas rurais desmatadas, centros de reciclagem, reservas florestais etc. Tudo isso contribui para a formação de cidadãos comprometidos com a sua comunidade. No caso dessas visitas externas, é fundamental que elas sejam precedidas de orientações específicas e seguidas da entrega de relatórios. Para isso, recomenda-se que os estudantes recebam, previamente, um roteiro que pode conter os seguintes itens: 1. Descrição do local, do tipo de produção ou das finalidades da instituição, quando for o caso; 2. Características ambientais, situação das instalações, tipo de instituição (empresa governamental, de sociedade anônima etc.), matérias-primas, aparelhagens utilizadas etc.; 3. Observações sobre a(s) pessoa(s) que produz(em), trabalha(m) e vive(m) no local: características da mão de obra, condições de salubridade do local, condições de trabalho, remuneração etc.; 4. A maneira como se desenvolve a atividade em questão: etapas do processo produtivo ou do processo analítico, poluição ou não do local, fontes dessa poluição; 5. A finalidade ou consequência da atividade ou serviço desenvolvido: quem compra o produto

319

ou é beneficiado pelo serviço, como se controla a qualidade do produto ou serviço, como é calculado o preço, quais os impactos para o ambiente etc. O importante é que as visitas tenham caráter pedagógico, sendo seguidas de momentos de discussão e reflexão sobre o que foi aprendido. Dessa forma, podem-se ampliar os conhecimentos dos estudantes a respeito, não só do processo de produção, caso de uma indústria, ou das informações obtidas, mas, sobretudo, das condições de trabalho das pessoas do local visitado e dos benefícios e problemas que a instituição visitada tem gerado para a comunidade.

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Dentre as diversas opções, destacamos os programas audiovisuais: CEAD - PUC - Rio elaborados em parceria com FNDE, MCT e MEC. Conteúdos digitais em audiovisual em Química os quais têm disponíveis seis programas que, juntos, reúnem várias videoaulas dos mais diversos conteúdos de Química

Disponível em: Acesso em 28 abr. 2016.

Objetos de aprendizagem no computador Objetos de aprendizagem ouLearning Objects (OAs) são recursos pedagógicos, ou unidade de instrução, utilizáveis no computador. Uma definição, encontrada

em Learning Metadata Worgroup of Vídeos Electrical andObjects Electronics Engineers (IEEE),do é: Institute “qualquer A reprodução de vídeos educativos é outra alternativa entidade, digital ou não digital, que possa ser utilizada, para fomentar o debate sobre otema em foco e enriquecer reutilizada ou referenciada durante o aprendizado a abordagem. Vídeos e programas educativos podem ser suportado por tecnologias”. obtidos na programação das seguintes emissoras: Os OAs, de modo geral, podem ser usados em diversos contextos educacionais e em variados ambientes virtuais, EMISSOR A ENDEREÇOE LETRÔNICO sob a perspectiva instrucional. Sendo assim, para atender TV Cultura – essa demanda, eles possuem uma parte visual, que São Paulo possibilita a interação com o usuário, e outras que possuem TV Escola os dados referentes ao conteúdo e ao modo de uso. VE – Rio de Janeiro Uma característica importante dos OAs é sua Rede Globo (Globo reutilização. Essa possibilidade ocorre porque eles são Ciência, Globo Ecologia, Globo Educação, Ação, armazenados em repositórios, obedecendo a uma Amigos da Escola, lógica garantida pela dinâmica tecnológica virtual de Telecurso 2000) armazenamento de dados. Assim, é fácil localizá-los, basta TV Futura iniciar um processo de busca nainternet. Discovery Channel Sob o ponto de vista educativo podemos afirmar GNT que esses recursos, de modo geral, possibilitam a National Geographic interatividade do usuário com a atividade, mobilizando Channel aspectos cognitivos e psicomotores, a fim de favorecerem Portacurtas –site de o entendimento dos conteúdos estudados. exibição e catalogação de filmes de curta metragem No ensino de Ciências e, em destaque, no de Química, Acesso em: 28 abr. 2016. as características dos objetos de aprendizagem são valiosas, pois possibilitam a observação dos fenômenos estudados sob Videoaulas uma óptica “real” e visual. Sendo a Química, a Ciência do Novos comportamentos são incorporados ao longo “invisível”, a possibilidade de interagir e enxergar uma dada do avanço das novas tecnologias; um deles é o crescente situação experimental, imaginária, sob a forma de simulação uso de videoaulas tutoriais, para ensinar quase tudo interativa e imagética, é favoravelmente estimulante para a na internet. O que configura um interessante recurso aprendizagem. de aprendizagem, que favorece o desenvolvimento Como exemplo, citamos a atividade que apresenta a da autonomia para aprender. Existem aulasna reação em cadeia da fusão nuclear, que é um experimento disponíveis sobre os conteúdos químicosdiversas elaboradas perspectiva de favorecer o aprendizado dos estudantes impossível de ser visualizado erealizado em laboratório de e complementar ou, até mesmo reforçar, os assuntos escola. Porém, em uma simulação imagética e interativa estudados nas salas de aulas. Sendo assim, nossasugestão com desenhos animados, isso se torna fácil e viável. Nesse sentido, destacamos que a utilização desses recursos é incluir como opção metodológica as diversas videoaulas disponíveis em muitos repositórios, e favorecer o uso delas,didáticos pode favorecer o estudo de diversos fenômenos, pelos estudantes, tanto em sua sala de aula, como nos que apresentam dificuldade de visualização e/ou que aparelhos de celulares, tabletes ou computadores pessoais. necessitem a apresentação dos modelos científicos explicativos. 320

Um ponto favorável à utilização dos objetos de aprendizagem é a facilidade de acesso, pois esses objetos de aprendizagem estão disponíveis, gratuitamente, em repositórios, ou bancos de objetos nainternet. Basta fazer uma pesquisa rápida. É importante dizer que esses recursos devem ser avaliados antes da utilização, para tirar melhor proveito de suas capacidades instrucionais. Esse trabalho pode ser facilitado porque cada OA possui, em sua constituição, o objetivo, o conteúdo instrucional e a prática oufeedback, com testes para verificar se o usuário atingiu os objetivos propostos na atividade.

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De modo geral, esses objetos de aprendizagem foram concebidos para ser usados em sala de aula com a disponibilidade de computadores e com a presença de um professor para auxiliar no decorrer da atividade. No entanto, caso o professor queira usá-los como tarefa de casa, sob a opção de reforço, basta que faça uma análise de sua utilização sem a necessidade de um professor. Tarefa possível, já que qualquer um, como dito antes, possui facilidade de acesso, quando de posse doendereço eletrônico. Dentre as diversas opções destacamos: PROJETO

ENDEREÇO ELETRÔNICO

Portal do professor do MEC Um portal virtual é um espaço disponível sob um endereço eletrônico na rede internacional de comunicação, a internet. Denomina-se portal, por apresentar características de recursos, dados e quantidade de informação disponível. Existe uma infinidade de portais educacionais, todos disponíveis sob um endereço eletrônico. Para ter acesso, basta conectar-se na internet , utilizar um navegador, como o Internet Explorer do Windows, ou Fire Fox do Linux, ou outros similares, e digitar o endereço no espaço para navegação. Aqui no Brasil, o MEC, em parceria com o Ministério da Ciência e Tecnologias, disponibilizou um importante espaço denominado Portal do Professor. O Portal do Professor é um espaço participativo que contém uma infinidade de informações pedagógicas e links para diversos sites educacionais relevantes, como: a Plataforma Freire; o Banco Internacional de Objetos Educacionais – repositórios de objetos de aprendizagem Labvirt (USP) e Rived (MEC); o Domínio Público (repositório de textos, livros, músicas, vídeos, trabalhos acadêmicos etc.); a TV Escola, com programação voltada para a educação, dentre outros.

A Universidade do Colorado promove o PhET, um repositório de simulações de Física, Biologia, Química einterativas Matemática. Algumas são traduzidas para o Português, e o professor pode obter a lista completa no endereço eletrônico ao lado e selecionar aquelas que melhor lhe convier. Ao acessar a página clique nolink que contiver o título com o conteúdo da aula.Sugerimos que o professor teste cada uma antes de fazer a indicação para seus alunos. LabVirt – Laboratório Didático Virtual da Universidade de São Paulo – USP. É um repositório virtual, com diversas simulações, objetos educacionais, interativos, elaborados a partir de conteúdos diversificados e contextuais de ciências. Ao acessaro endereço eletrônico, escolha, entre os diversos títulos, aquele que melhor atende as suas necessidades. Ponto Ciência – é um projeto pioneiro no ensino de ciências da UFMG, o qual apresenta diversos títulos de experimentos de Química, Física, Biologia, em repositórioon-line, onde estudantes e professores podem ter acesso ao experimento e às explicações científicas dos fenômenos observados. O experimento teste da chama é um deles, o qual pode ser visualizado e debatido.



Disponível em: . Acesso em: 25 maio 2016.

Para ter acesso a este espaço, siga a seguinte orientação:



1. Conecte a internet; 2. Abra seu navegador de preferência; o endereço eletrônico na barra de endereços; Na+.

31. e) I – Errado – Ordem crescente de número atômico. II – Errado – Os metais de transição podem ter 1 ou 2 elétrons na camada de valência.

Entre o ânion do cloro e o ânion do flúor, ambos pertencem à mesma família; o cloro possui um nível a mais, portanto, possui um maior raio iônico.

No caso do cátion sódio, Z = 11 possui 10 elétrons, haverá uma forte atração do núcleo a os elétrons resIII – Correto – No mesmo período, os elementos tantes diminuindo o seu raio iônico. químicos apresentam os mesmos níveis de ener39. a) Energia de ionização é a energia necessária gia ou camadas. para retirar um elétron de um átomo no estaIV – Correto – Na mesma família ou grupo, os eledo gasoso. mentos químicos apresentam o mesmo número 40. e) O átomo mais eletronegativo é o Y, pois ele só de elétrons na camada de valência. precisa de um elétron para completar sua camada 32. 2) Errado – Os elementos D e B estão no terceiro pede valência. Os átomos X e Z possuem apenas um elétron em sua última camada, entretanto, o maior ríodo. Já, F e H estão no segundo. 354

átomo é menos eletronegativo, pois acomoda melhor sua carga excedente.

9) Errado – Os elementos dos grupos de 3 a 12 são chamados elementos de transição, pois as suas substâncias possuem propriedades entre os dois primeiros grupos dos elementos representativos e os grupos dos elementos representativos logo a seguir.

41. c) A eletronegatividade determina a predominância iônica ou covalente das ligações. Está relacionada ao raio atômico e ao número de elétrons na camada de valência de um átomo.

5. 1) Errado – Grupo 1 são os metais alcalinos encontra-

Revisão para a prova

dos em cinzas formadas pela combustão de plantas, principalmente, o sódio e o potássio.

1. Todas as alternativas estão corretas. 2. a) A massa atômica dos elementos químicos. 3. 4) Errado – Embora as tabelas de Mendeleev e de

2) Errado – Grupo 2 são os metais alcalinos terrosos, substâncias pouco solúveis em água sob altas temperaturas.

contivessem algumas imperfeições, aMeyer inversão de alguns elementos, e não como previssem a colocação dos lantanídeos , actinídeos e gases nobres, elas foram fundamentais para o desenvolvimento da tabela periódica moderna, a qual é uma derivação de outras propostas que surgiram a partir da tabela srcinal desses dois cientistas. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

3) Errado – Grupo 16 calcogênios, cuja fonte são minérios de ferro.

6. Todos os itens estão corretos. Garrafas de vidro fo-

5) Errado – Uma mudança básica da tabela srcinal de Mendeleev para a atual foi proposta p elos estudos do físico inglês Henry M oseley, que identificou que a ordem dos elementos deveria ser pelo número atômico e não pela massa atômica.

ram são utilizadas desde 1500 a.C. pelos babilônios. Enlatados de estanho foram difundidos durant e a Segunda Guerra Mundial. A película foi uma revolução na proteção dos alimentos. Tetra Brick tem a função protetora. Os enlatados de aço, revestido por estanho são uma boa opção para conservar os alimentos. O alumínio substituiu muito bem os enlatados de aço porque possui maior resistência à corrosão.

4. 1) Errado – Na tabela periódica, os elementos estão or-

7. 2) Errado – O rótulo veio cumprir a segunda função e não mais importante função das embalagens introduzida pela Revolução Industrial: o marketing .

ganizados em ordem crescente de número atômico. 2) ErradoEla é eorganizada por colunas, denominadas grupos, linhas horizontais, denominadas períodos.

4) Errado – Os rótulos nessas embalagens foram também assumindo diversas funções: identificação do produto e registro de marcas.

3) Errado – Os grupos correspondem aos conjuntos de elementos, cujos átomos formam substâncias com 8. 2) Errado – O uso de qualquer produto químico deve ser feito sempre na proporção adequada e, para propriedades físicas e/ou químicas semelhantes. isso, devemos ler os rótulos para nos informar so4) Errado – Os grupos da tabela periódica, também chabre as quantidades e usar algum dosado r, mesmo mados famílias, apresentam propriedades químicas que seja improvisado. e físicas que distinguem uns dos outros. 6) Errado – A análise dos termos científicos, das co6) Errado – Atualmente, conforme determinação da res e imagens deve lhe alertar sobre algum truque organização de Química que normatiza a linguaefetuado pela indústria, para aumentar a venda gem química, Iupac, os grupos são identificados do produto. Nem sempre o produto que é melhor pela numeração de 1 a 18. Em tabelas antigas, é o que aparece mais na mídia. a representação era feita por algarismos romanos seguidos das letras A (grupos 1, 2 e de 13 a 18) 9. 3) Errado – Período da tabela periódica em que se encontra o elemento químico corresponde ao ou B (3 a 12). número de níveis energéticos que seus átomos 8) Errado – Os elementos dos grupos 1 e 2 e os de possuem. 13 a 18 são chamado s representativos, e seus d ois primeiros elementos, exceto no caso do grupo 18, são denominados típicos, por representarem bem as propriedades químicas dos demais componentes de seus grupos. Os átomos desses elementos constituem a maior parte das substâncias que nos rodeiam.

10. 1) Errado – Aumentando a carga do núcleo, maior é a força de atração pelos elétrons. Os e létrons ficam, então, mais próximos do núcleo. Quanto maior a carga positiva existente no núcleo do átomo, maior será a atração exercida sobre os elétrons, tornando o raio atômico menor. 355

2) Errado – Se um átomo perder elétrons formando um cátion, teremos o mesmo núcleo atraindo um número menor de elétrons, aumentando a intensidade de atração e fazendo com que os elétrons fiquem mais próximos do núcleo. O resultado é um menor raio iônico (raio de íons). 3) Errado – Um átomo, ao receber um ou mais elétrons, formando um ânion, continuará com a mesma carga nuclear para atrair maior quantidade de elétrons. Isso resultará em atração mais fraca e, consequentemente, um raio maior (raio iônico) em comparação ao do átomo neutro (raio atômico).

Nesse caso, o de menor raio é o elemento representado pela letra D. 3) Errado – A eletronegatividade varia, ao longo da tabela periódica, de maneira oposta ao raio atômico: quanto maior o raio atômico de um átomo, menor é a sua eletronegatividade e vice-versa. 4) Errado – O hidrogênio (núcleo com só um próton) e os gases nobres (átomos que já são muito estáveis). São exceções quanto ao comportamento da energia de ionização e eletronegatividade na

11. 1) Errado – Um átomo apresenta certa estabilidade

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

tabela periódica. 7) Errado – O elemento de maior raio atômico no seenergética que lhe p ermite ter identidade própria. gundo grupo é o D, pois, o raio atômico aumenta no O número de elétrons é igual ao número de prógrupo, no sentido contrário ao donúmero atômico. tons em um átomo eletricamente neutro; assim, 14. c) As propriedades que se repetem na tabela perióretirar elétrons de um átomo requer quantidade dica são denominadas periódicas. de energia. Essa energia será maior quanto mais difícil for retirar elétrons do átomo. CAPÍTULO 6 2) Errado – Retirarum elétron de um átomo, que possui dois prótons e dois elétrons, será muito mais difícil 1. É como no nosso alfabeto, que com 26 letras podo que retirar um elétron de um átomo, que possui demos compor infinitas palavras, os átomos irão se dez prótons e dez elétrons, porque o átomo com combinar em diferentes proporções, formando as dois elétrons tem somente dois elétrons e somente mais variadas substâncias químicas. uma camada eletrônica, ou seja, seu raio é pequeno. 2. O cloreto de sódio, em solução aquosa, libera íons, e íons livres são bons condutores de eletricidade. No (3) Errado – O aumento do potencial de ionização estado sólido, os íons estão no retículo cristalino, varia napois tabela periódica de baixo para cima nos portanto, presos. grupos, a ação de atração d o núcleo positivo 3. Apresentaram a mesma condutibilidade elétrica, pois sobre os elétrons negativos será menor. a quantidade de íons livres será igual. 4) Errado – O raio atômico aumenta no grupo, no 4. O NaOH é uma substância iônica, quando fundido sentido contrário ao do número atômico, um átohá liberação de íons, portanto, é um condutor de mo de maior número atômico será menor, pois a eletricidade. carga nuclear também será maior e a força de atração nuclear será maior e, portanto, seus elétrons 5. A quantidade de carga positiva é igual à carga negativa, portanto, o comportamento final é neutro. estarão mais próximos ao núcleo. Consequente6. Há formação dos cristais, ou seja, uma cristalização mente, são atraídos mais fortemente, exigindo que irá precipitar. maior quantidade de energia para removê-los, ou seja, o potencial de ionização será maior. 7. As limitações da regra do octeto ocorrem com vários elementos, como os metais de transição, que 12. d) A eletronegatividade é adiferença de intensidade de formam substâncias estáveis sem a necessidade de atração dos elementos químicos sobre os elétrons. terem oito elétrons na última cama da. Continua sen13. 1) Errado – Os átomos, que possuem maior eletrodo ensinada porque é didaticamente interessante e negatividade, são aqueles que têm maior tendência a atrair os elétrons; nesse caso, seria o elemento representado pela letra H, o de maior eletronegatividade. 2) Errado – Um átomo com pequeno raio atômico atrai elétrons com maior intensidade. A explicação é simples: no átomo de raio pequeno, os elétrons estão mais próximos da carga positiva do núcleo. 356

válida para elementos representativos.

8. Porque são elementos representativ os e esses átomos tendem a doar, ganhar ou compartilhar elétrons da camada de valência e ficar com configuração eletrônica de um gás nobre.

9. 2) Errado – Todas as substâncias iônicas conduzem corrente elétrica quando dissolvidas em água, devido à presença de seus íons livres.

22. Sulfeto de magnésio – MgS, fosfeto de potássio –

4) Errado – O retículo cristalino é uma estrutura ordenada.

K 3P e seleneto de magnésio – MgSe.

10. b) Um método prático para determinar a fórmula

23. 2) Errado – O processo é denominado solvatação.

mínima, considerando que o total de cargas po4) Errado – Toda substância iônica apresenta o retísitivas é igual ao de negativas, é usar como índiculo cristalino no estado sólido. ce da quantidade de cátions o total de cargas do 24. 2) Errado – Os gases nobres são estáveis e não têm ânion e como índice da quantidade de ânions o a tendência de ceder ou receber elétrons. total de cargas do cátion. 4) Errado – O cloreto de sódio, no estado sólido 11. é um retículo cristalino com os íons arranjados A B C D E F G ordenadamente. 25. 2) Errado – Carbonato de cálcio e o óxido de alumí12. a) [K]1+ nio fazem ligações iônicas. 2+

b) [Mg] c) [Si]4+ d) S

5) Errado –O carbonato de cálcio está presente nas pastas de dente e em certos remédios, portanto, pode ser ingerido. 26. a) Na formação de íons, seja de um cátion (perda de 1– e) elétrons) ou de um ânion (ganho de elétrons), a F carga nuclear permanece constante. 27. c) Cr3+ e Cl– – CrCl3. 1– 13. a) [Mg]2+ Cl MgCl2 Li+ e CO32– – Li2CO3. 2 Ag+ e NO3– – AgNO3. 1– LiBr b) [Li]1+ Br Fe2+ e S2– – FeS. NH+4 e PO43– – (NH 4)3PO4. 1– 2+ F CaF2 c) [Ca] 28. e) A fórmula entre o cálcio e o flúor será: 2 Ca2 + F1– – CaF2 1– 1+ 29. A solução aquosa de açúcar não conduz eletricidaKF d) [K] F de, pois o açúcar é uma molécula não ionizável, ou seja, não forma íons. 2– Al2S3 e) [Al]3+ S A solução aquosa de cloreto de sódio conduz eletri3 cidade, pois a água, ao dissolver o sal, libera os íons possibilitando a condutibilidade elétrica da solução 14. a) NH4NO2. d) NaNO3. aquosa de NaCl. b) Al2(SO4) 3. e) K4[Fe(CN)6]. c) Ca3(PO4)2. 30. Em uma ligação covalente aos átomos participantes tendem a compartilhar elétrons. Ocorrem nes15. c) Errado – O lítio, metal alcalino , será um cátion com se caso uma atração e repulsão entre os elétrons 2 elétrons na última camada. participantes. 16. b) A é um doador de 3 elétrons, ou seja, a sua ca31. O hidrogênio se liga com um metal por ligação iômada de valência possui 3 elétrons. nica e a sua ligação com não metal será por ligação B é um receptor de 2 elétrons, portanto, a sua covalente, formando uma molécula. camada de valência possui 6 elétrons. 32. Na ligação covalente há compartilhamento de pares 17. d) X é um doador de 3 elétrons, ou seja, a sua caeletrônicos. Na ligação iônica ocorre transferência de mada de valência possui 3 elétrons. elétron entre um íon positivo (cátion) para um íon Y é um receptor de 1 elétron, portanto, a sua ca-

[ ] [ ]

2–

[ ]

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

mada de valência possui 7 elétrons.

(ânion). 33. negativo Os constituintes das substâncias iônicas, denomina-

18. Fórmula = XY.

Tipo de ligação = ligação iônica. 19. AB. 20. X possui 2 elétrons na camada de valência. Y possui 5 elétrons na camada de valência. 21. d) Se o átomo possui, na camada de valência, 3 elétrons, a sua tendência é ceder os três elétrons. 357

dos amoleculares, formam redes contínuas e não possuem existência independente, ou seja, não se apresentam como entidades isoladas. Essas substâncias são representadas por fórmulas mínimas, que fornecem as relações mínimas entre seus íons. As fórmulas de substâncias, cujos constituintes são moleculares, são chamadas de fórmulas moleculares.

42. Substância iônica: NaHCO3(s).

46. d) X é um m etal com 2 elétrons na camada de valência. Y é um não metal com 6 elétrons na camada de valência, portanto, a ligação entre X e Y será iônica e a fórmula XY.

Substâncias covalentes: C 4H 6O(s), C4H 4N2O 6(s), H2O(l) e CO2(g).

43. S u b s t â n ci a

F ó r m u l a e s t r u t u ra l

Gás metano (1 átomo de carbono e 4 átomos de hidrogênio)

47. b) Errado – No grupo 14 existem metais e não me-

Fórmula molecular

tais, portanto, podem realizar ligações covalentes e iônicas. d) Errado – As ligações entre carbono e hidrogênio serão somente ligações covalentes.

CH4

48. 1) Errado – Os átomos de grafite interagem por meio Gás eteno (2 átomos de carbono e 2 átomos de hidrogênio) Ácido cianídrico (1 átomo de hidrogênio, 1 átomo de carbono e 1 átomo de nitrogênio)

de ligações covalentes. 4) Errado – Os diamantes formam retículos amoleculares.

CH 2 2

49. e) A ligação iônica ocorre com a transferência de elétrons de um metal para um não metal; já a covalente ocorre entre átomos com o compartilhamento de pares de elétrons entre não metais.

HCN

44. 3) Errado – O gás hélio é uma molécula monoatômica.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

4) Errado – A ligação química da água é covalente. 5) Errado – As substâncias iônicas são representadas por fórmula mínima, pois são substâncias amoleculares.

50. 1) Errado – O diamante e a grafite, assim como as substâncias moleculares. 2) Errado – O diamante é isolante e o grafite condutor de eletricidade. 3) Errado – O diamante apresenta alta dureza, já o grafite é quebradiço. 5) Errado – São considerados substâncias moleculares.

45. Substância O3

Fórmula de Lewis

F ó r m u l a e s t ru t u r a l

51. a) Errado – A estrutura do CO2 é: c) Errado – A estrutura do HNO3 é:

SO2

e) Errado – A estrutura do HCN é: H3PO 4

f) Errado – A estrutura do HCOOH é:

HNO3

52. 1) Errado – A molécula da hemoglobina possui massa 65000 vezes a massa do hidrogênio; além disso, na hemoglob ina existem outros elementos químicos e não só hidrogênio. 2) Errado – A fórmula mínima possui validade para os constituintes amoleculares, ou seja, iônicas. 3) Errado – A fórmula estrutural plana indica a ligação entre os átomos e não a sua disposição espacial. 4) Errado – O ácido sulfúrico H2SO4 – a ligação entre o hidrogênio e não metais será sempre por ligação covalente.

HClO4

359

53. d) A s substâncias I e III formam íons quando dissolvidas em água, conduzindo, assim, corrente elétrica.

54. Para concluir se uma molécula é po lar ou não, é preciso verificar a diferença de eletronegatividade e ntre os átomos (se existem ligações polares) e a geometria da molécula (se a soma dos vetores momento dipolar é igual ou diferente de zero).

1 átomo de N, 2 átomos de oxigênio e 1 átomo de Cl

Polar

2 átomos de H e 1 átomo de O

Polar

55. Segundo essa teoria, os elétrons da camada de valência são distribuídos, aos pares, ao redor do átomo, como se estivessem em uma esfera. Esses elétrons se dispõem, o mais distante po ssível, uns dos outros, pois, isto diminui a repulsão entre eles.

56. ÁTOMOS PARTICIPANTES DA FORMAÇÃO DA MOLÉCULA 1 átomo de H e 1 átomo de Cl D L N P O Ã Ç A G L U IV D

GEOMETRIA

1 átomo de C, 1 átomo de H e 3 átomos de Cl

POLARIDADE

Tetraédrica

Polar

Polar Linear

57. a) Polar (com ressonância)

3 átomos de O

b)

Angular 1 átomo de C e 2 átomos de O

c)

Linear

1 átomo de N e 3 átomos de H

Polar

d)

Piramidal

1 átomo de B e 3 átomos de F

Trigonal planar

Apolar

58. b) Considerando a tetravalência do carbono, temos: 1 = dupla; 2 = simples e 3 = dupla.

59. c) Faltam: 1 átomo de C e 4 átomos de H

I – 1 tripla e uma simples. Total de 1 tripla e duas simples. II – 2 duplas e 3 simples. Total de 3 duplas e 9 simples. III – 1 tripla, uma dupla e 7 simples. Total de 1 tripla, 1 dupla e 9 simples.

Apolar Tetraédrica

360

60. Substância

Butano

But-2-eno

Fórmula estrutural plana

Fórmula estrutural condensada Representação bond line Fórmula molecular

C4H10

Substância

C4H8

3,4-dimetil-hexano

Fórmula estrutural plana Fórmula estrutural condensada D L N P O Ã Ç A G L U IV D

Representação bond line Fórmula molecular

C8H18

Substância

Nonano

Fórmula estrutural plana Fórmula estrutural condensada Representação bond line Fórmula molecular

C9H20

Substância

Ciclopentano

Fórmula estrutural plana

Fórmula estrutural condensada Representação bond line C5H10

Fórmula molecular

361

Substância

núcleo de cada átomo atraia os elétrons mais externos de seus vizinhos. Send o os átomos iguais, essas interações também serão iguais em todas as direções.

Octano

Fórmula estrutural plana

74. 1) Errado – Sólidos representados pela ligação meFórmula estrutural condensada Representação

tálica costumam ter baixa solubilidade em água.

4) Errado – Sólidos representados pela ligação metálica conduzem corrente elétrica por causa de seus elétrons livres.

bond line

Fórmula molecular

C8H18

5) Errado – A estrutura do cloreto de sódio é representada pela ligação iônica.

61. C10H12O2. 62. d) A fórmula molecular da vitamina K3 = C11H8O2.

75. 2) Errado – A segunda figura representa ligações

iônicas, caracterizadas por baixa condutibilidade no estado sólido.

63. a) C9H11O3N.

76. c) Os metais apresentam baixa energia de ionização,

b) C5H5N5.

alta condutibilidade elétrica e cátions rodeados de ânions. O modelo que descreve esse tipo de ligação é o mar de elétrons.

c) C6H6Cl6. d) C10H8. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

64. d) A molécula de gás carbônico, por não apresen-

77. 3) Errado – Fios de cobre não p odem ser substituídos

tar pares de elétrons livre no átomo central, tem geometria linear.

por materiais iônicos, pois estes só conduzem eletricidade em meio aquoso ou fundido.

65. c) SO2 = geometria angular, SO3 = geometria trigo-

nal planar ou triangular, BF3 = geometria trigonal planar ou triangular, NF3 = geometria piramidal e CF4 = geometria tetraédrica.

4) Errado – As ligações metálicas tornam os metais muito maleáveis, logo, sua reciclagem éfacilitada.

78. 1) Errado – As substância metálicos, os elétrons são fracamente ligados ao núcleo.

66. d) Sen do o flúor o mais eletronegativo, a ligação en-

2) Errado – Possuem alta condutibilidade térmica. tre o flúor e o carbono será uma ligação covalente 79. e) As substância 1 e 3 são covalentes; o 3 sofre polar. A ligação entre carbonos será uma ligação ionização. A substância 2 é iônico. covalente apolar.

67. d) Ambos são angulares e polares.

Revisão para a prova

68. a) Errado – CO2 = linear e apolar.

1. 2) Errado – Todas as substâncias iônicas são formadas

b) Errado – CCl4 = tetraédrica e apolar.

por cátions e ânions. O total de cargas positivas (cátions) é igual ao de negativas (ânions). Logo, as substâncias são eletricamente neutras.

c) Errado – NH3 = piramidal e polar.

69. A molécula de CO possui duas ligações polares (C = O), 2 mas ela é plana e as duas ligações estão a 180° uma da outra. Como os dipolos são iguais, de sentidos opostos, sua resultante é nula.

70. c) SO2 é angular e polar, CO2 é linear e apolar. 71. c) CO2 – linear, H2O – angular, NH 3 – piramidal,

CH4 – tetraédrica, H2S – angular e PH3 – piramidal.

5) Errado – Formato do retículo cristalino depende do tamanho dos íons e de sua carga.

2. 1) Errado – Todas as substâncias iônicas são form adas por cátions e ânions. O total de cargas positivas (cátions) é igual ao de negativas (ânions). Logo, as substâncias são eletricamente neutras. 2) Errado – A formação de íons é dada, p ela diferença de eletronegatividade entre átomos. 4) Errado – Com a formação dos íons, passa a existir atração eletrostática entre essas espécies químicas: íons positivos (cátions) atraem íons negativos (ânions). Essa interação entre cátions e ânions é denominada ligação iônica.

72. d 73. d) Os átomos dos metais são organizados em arranjo cristalino, onde os átomos estão ordenados. Esses átomos vão interagir de modo que o 362

3. 2) Errado – Átomos de elementos dos grupos 1 e 2,

3) Errado – As moléculas que possuem cargas elétricas deslocadas são denominadas apolares.

classificados como metais, tendem a perder elétrons, formando cátions.

4) Errado – Para a determinação da polaridade das moléculas, precisa-se saber como os polos estão distribuídos nas ligações e como essas estão distribuídas na molécula.

3) Errado – Átomos dos grupos 15, 16 e 17, classificados como não metais, tendem a ganhar elétrons, formando ânions.

9. 3) Errado – Os átomos que se ligam ao átomo cen-

5) Errado – Os representativos do grupo 1 formam íons do tipo cátions com carga 1+.

tral ficam distribuí dos de acordo com a orientação espacial dos elétrons ligantes, que estão ao redor do átomo central.

6) Errado – Os representativos do grupo 16 formam íons do tipo ânions com carga 2-.

4) Errado – O dióxido de carbono, CO2, possui 4 pares de elétrons ligantes e a geometria da molécula é linear.

4. 1) Errado – Nas ligações covalentes não há transferência de elétrons de um átomo para outro, ou seja, o elétron de cada átomo de hidrogênio continua atraído por seu respectivo núcleo, numa eletrosfera compartilhada pelos átomos.

3) Errado – As ligações covalentes ocorrem entr e átomos de não metais. Contudo, há casos em que ocorrem ligações covalentes entre metais e não metais ou até entre metais. D L N P O Ã Ç A G L U IV D

5) Errado – O gás amônia, 3 pares de elétrons ligantes, 1 par de elétrons não ligantes; a geometria da molécula é piramidal.

10. 2) Errado – Uma molécula de hidrogênio. Nela, temos apenas dois átomos iguais, cujos núcleos exercem a mesma força de atração sobre os elétrons envolvidos na ligação , pois possuem a m esma eletronegatividade . Nesse s entido, esses elétrons são igualmente compartilhados pelos dois átomos e não há formação de polos elétricos entre eles. É a denominada ligação covalente apolar.

5) Errado – Ligações iônicas não são mais vantajosas para os átomos, nem as covalentes são; elas acontecem conforme necessidade e características energéticas dos átomos.

5. 3) Errado – Esta é a fórmula estrutural do ácido

6) Errado – Na molécula de HCl ocorre uma ligação covalente polar, pois o cloro, mais eletronegativo que o hidrogênio, atrai os elétrons em sua direção, criando acúmulo de carga negativa do seu lado e acúmulo de carga positiva no lado do hidrogênio.

cianídrico. 4) Errado – A fórmula representada é do tipo Lewis e não estrutural.

6. 1) Errado – Nas subst âncias iônicas, os átomos nã o

11. 1) Errado – Nos materiais metálicos, os átomos estão

estão isolados nem independent es, eles interagem, de mane ira muito forte, com íons vizinhos, formado retículos cristalinos.

organizados em redes cristalinas, ou seja, estão distribuídos espacialmente de forma sistemática e organizada.

3) Errado – Fórmulas moleculares são representações das fórmulas de substâncias cujos constituintes são moleculares.

3) Errado – Os átomos metálicos vão interagir de modo que o núcleo de cada átomo atraia os elétrons mais externos de seus vizinhos. Como átomos são iguais, as interações serão iguais em todas as direções.

4) Errado – Fórmulas molecular es expressam o núme ro total de cada tipo de átomo unido na estrutura química e, por isso, não podem ser simplificadas. Assim, a fórmula molecular da água oxigenada é H2O2 e não pode ser simplificada para HO.

5) Errado – A alta condu tibilidade elétrica dos metais acontece porque o compartilhamento de elétrons ocorre com todos os átomos, permeando todo o retículo cristalino do metal, como se fosse uma única camada de valência, permitindo, assim, que esses elétrons p ossam fluir.

7. 2) Errado – No diamante e no quartzo, as ligações entre os átomos são contínuas e não há formação de uma entidade isolada. Os seus constituint es são chamados constituintes amoleculares. 4) Errado – Os átomos de carbono estão ligados a todos os átomos vizinhos na grafite, o que o torna seus constituintes amoleculares.

CAPÍTULO 7

8. 1) Errado – As moléculas que possuem cargas elétricas deslocadas são denominadas polares. 363

1. As propriedades físicas e químicas da água se devem às interações entre as moléculas de H 2O, que compõem a água. Nas outras substâncias citadas, as interações entre as moléculas são fracas, por isso,

9. b) A gasolina não é um elemento químico, mas sim

encontram-se no estado gasoso à temperatura ambiente. As moléculas de água estão mais forteme nte unidas, pois, além das demais interações, também fazem ligações de hidrogênio.

uma mistura de várias substâncias e apolar, porém a água é um a substância polar e a gasolina apolar, portanto, são imiscíveis. O aluno cometeu 3 erros.

2. 2) Errado – Os átomos dos sólidos encontram-se or- 10. e) Os danos que são provocados na camisinha são denados em arranjos regulares em sua rede de ligações.

de srcem ap olar, ou seja, a mesma po laridade da camisinha. Para evitar essas rupturas na camisinha, o lubrificante deve ser polar ou ter momento dipolar diferente de zero.

3) Errado – As interações eletrostáticas no NaCl são fortes, justificando elevada temperatura de fusão.

3. Substância A – Cristal molecular, por isso é isolante 11. a) e de baixo TF.

Substância B – Cristal iônico, por isso há atração eletrostática e os íons presos no retículo cristalino, por isso, são isolantes.

água tetracloreto de carbono

Substância C – Cristal covalente, no caso particular o exemplo seria o carb ono grafite, que, pela existência de elétrons livres, é um b om condutor de eletricidade.

D L N P O Ã Ç A G L U IV D

I I+ I

I I+II I

b) A graxa lubrificant e, por ser uma mistura de hidrocarboneto, é uma mistura apolar e o solvente ideal seria o mais apolar. A água é um solvente totalmente polar; o álcool etanol possui parte ap olar e parte polar; e o tetracloreto de carbono é um solvente apolar; portanto, o solvente mais adequado para dissolver a graxa será o CCl4.

Substância D – Cristal metálico em que os elétrons livres lhe conferem a propriedade de ser bom condutor de eletricidade.

4. b) Substância X – por suas características podemos

concluir que se trata de uma substância iônica. Substância Y – por suas características podemos concluir que se trata de uma substância molecular. 12. d) I) Errado – A manteiga ou a graxa são substâncias apolares, portanto insolúves na água.

5. e) Substância covalente. 1 – Ligação química predominante será

II) Correto – A manteiga ou a graxa é substância apolare, portanto insolúvel na água.

Substância 2 – Ligação química predominante será iônica.

III) Errado – A dissolução é por sem elhança de polaridade. Substâncias polares solubilizam substâncias polares e apolares solubilizam apolares.

Substância 3 – Ligação química predominante será covalente.

6. O álcool doméstico ou etanol hidratado possui, em

13. d) O DDT irá solubilizar no tetracloreto de carbono,

sua cadeia, parte polar e parte apolar; portanto, consegue dissolver a gordura que é apolar.

7. O petróleo, por ser mistura de vários hidrocarbone-

que é insolúvel na água; por ser mais densa que a água, a solução de DDT, com tetracloreto de carbono, ficará na parte inferior do funil de decantação e a água na parte superior.

tos, é formado por moléculas apolares, portanto, 14. b) Por causa da geometria molecular, CO2 – linear e insolúvel em água (solvente polar). O petróleo, por NH3 – piramidal, o CO2 é apolar e o NH3 é polar; ter menor atração intermolecular, apresenta baixa como a água é um solvente polar irá solubilizar a densidade, por isso irá flutuar na água. amônia e pouco o dióxido de carbono.

A ligação entre o hidrogênio e o oxigênio é extrema15. As substâncias iônicas estão unidas por forte atração mente polar e, por causa da geometria angular, pois eletrostática, enquanto as substâncias moleculares há dois pares de elétrons não ligantes no oxigênio, podem estar sendo atraídas por uma força de atraa molécula da água é polar. ção intermolecular , do tipo ligação de hidrogênio, 8. O óleo é formado por molécula apolar, portanto, dipolo-dipolo ou dipolo induzido; portanto, depeninsolúvel em água (solvente polar). O óleo, por ter dendo da força de atração e da sua massa molar, menor atração intermolecular, apresenta baixa denas substâncias moleculares poderão ser encontradas sidade, por isso irá flutuar na água. nos três estados de agregação. 364

16. O dióxido de carbono é uma molécula apolar, portanto, a força de atração intermolecular de Waals.

BF3 – 2. dipolo induzido-dipolo induzido.

Van der

CCl4 – 2. dipolo induzido-dipolo induzido.

17. Força intermolecular mais intensa é a existente entre a

25. a) Errado – Ocorrem entre moléculas, onde o átomo de hidrogênio é ligado covalente mente aos átomos mais eletronegativos como: F, O e N.

molécula da água e o álcool – ligação de hidrogênio.

18. I < IV < II < III.

b) Errado – O hidrogênio possui carga parcial positiva e o oxigênio carga parcial negativa.

I e IV são moléculas apolares, IV possui maior TE por causa da maior massa molar.

c) Errado – A menor densidade da água, no estado sólido, é uma exceção, pois normalmente os sólidos possuem densidade maior que os líquidos.

II e III são moléculas polares com grande força de interação do tipo ligação de hidrogênio; a presença de duas hidroxilas no III aumenta o seu ponto de TE.

d) Errado – Quando maior a diferença de eletronegatividade, maior será a carga parcial positiva do hidrogênio.

19. a) Ligação de hidrogênio.

b) Força de interação de Van der Waals.

e) Errado – São interações mais fracas do que as ligações covalentes polares convencionais, e desempenham papel fundamental na química dos seres vivos.

c) Força de interação de Van der Waals.

20. Os emolientes, por serem imiscíveis com a água, são

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moléculas apolares, ao passo que os umectantes, por interagirem com a água, devem apresentar ligações 26. d) Errado – As ligações metálicas são os cátions imerde hidrogênios em suas moléculas. sos num mar de elétrons. 21. A sacarose é um poliálcool; as hidroxilas presentes na função álcool irão interagir com a água por liga- 27. 1. Interação eletrostática (iônica). – b ção de hidrogênio. 2. Ligações covalentes. – a

22. c) A mudança de e stado de agrega ção ocor-

3. Ligações de hidrogênio. – e

re com a formação ou a ruptura das ligações

4. Forças de Van der Waals. – c intermoleculares. 28. b) As moléculas da água estabelecem ligações de hi23. a) Correto – Na função álcool existe hidroxila, portandrogênio, que são interações mais fortes do que to, no etanol a presença da hidroxila (OH) apresenas interações dipolo-dip olo, que ocorrem entre as ta a força de interação de ligação de hidrogênio. moléculas do H2S. b) Correto – Na molécula da água temos a ligação 29. b) Na gema de ovo existe uma substância, a lecitientre o átomo de hidrogênio e do oxigênio, que na, que é uma molécula anfipática. Interage com pela diferença de eletronegatividade, apresenta a o óleo, que é apolar, e com a água, que é polar, ligação de hidrogênio. produzindo uma emulsão, a maionese. c) Correto – As moléculas que apresentam ligações de hidrogênio são moléculas polares e como tal 30. Nas moléculas de água, os átomos de oxigênio possuem quatro pares de elétrons distribuídos uniforapresentam interações do tipo dipolo-dipolo. memente ao redor de seu núcleo que, de acordo d) Correto – As moléculas de dióxido de carbono são com a teoria da repulsão dos pares de elétrons, moléculas apolares, portanto, a força de interação formam ângulos (par de elétrons – núcleo – par será do tipo dipolo induzido. de elétrons) de 109º. Os dois pares de elétrons do oxigênio não ligantes ficam mais próximos do nú24. c) HF – 1. ligação de hidrogênio. cleo, repelindo os dois pares que estão ligados aos Cl2 – 2. dipolo induzido-dipolo induzido. átomos de hidrogênio; com isso, há retração no CO2 – 2. dipolo induzido-dipolo induzido. ângulo entre as ligações hidrogênio e oxigênio, que é de 104º40’. NH – 1. ligação de hidrogênio. 3

HCl – 3. dipolo-dipolo.

31. Para congelar 1 grama de água bastaria retirar 80 calorias, pois a temperatura permaneceu constante em 0 °C.

SO2 – 3. dipolo-dipolo. 365

32. Se a água fosse linear, seria uma molécula apo-

38. a) Nas quatros propriedades listadas encontramos

lar e por causa de sua massa molar ser pequena (18 g/mol), a água estaria na temperatura ambiente no estado gasoso. Sendo um so lvente apolar somente iria dissolver os solutos apolares.

uma anomalia da água em relação aos demais elementos da mesma família. A água possui a menor massa molar e as propriedades muito acima do esperado.

33. A diferença de eletronegatividade entre átomos de

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b) A água ap resenta força intermolecular mais int enoxigênio (3,44) e átomos de hidrogênio (2,20) gera sa que os demais; a força é denominada ligação deslocamento de cargas nas ligações, ocasionando de hidrogênio. dipolos elétricos. Por causa da geometria angular , 39. 3) Errada – A água possui alta capacidade calorífica, os dipolos da molécula não se anulam, conferin do ou seja, é necessária muita energia para ocasionar polaridade dela. Essa característica permite a ocorvariação de temperatura. rência de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água: interações intermoleculares entre átomos 40. 3) Errado – A temperatura da água abaixo de rios e lagos congelados é maior do que na superfície pois de hidrogênio e átomos de oxigênio de moléculas o gelo possui o calor específico menor do que da vizinhas. Essas interações são relativamente fortes e água, formando uma camada isolante. responsáveis por muitas das propriedades da água. Uma das propriedades c aracterísti cas da água é sua 5) Errado – A água é um líquido pouco viscoso, deelevada temperat ura de fusão e ebulição. vido à pouca durabilidade das ligações de hidrogênio entre suas moléculas. 34. No gelo, as moléculas da água estão mais próximas e essa proximidade faz com que as ligações de hidro - 41. 1) Correto – A mudança de estado de agregação não gênio se organizem de forma direcional, num arranjo altera a estrutura geométrica da água. hexagonal bem d efinido. Dessa forma, os átomos de 2) Errado – A solidificação envolve liberação de oxigênio interagem com quatro átomos de hidrogêenergia. nio: dois por ligações covalentes e dois por ligações de hidrogênio. 3) Correto – A condensação envolve diminuição de Essas ligações conferem ao gelo uma estrutura cris-

volume e mantém a massa constante, ou seja,

talina muito bem organizada e com grandes espaços vazios no seu interior. Como resultado, o sólido é menos denso que o líquido.

aumento de densidade. 4) Correto – No vapor de água há maior liberdade das moléculas, portanto, em estado mais energético.

Não, a densidade do gelo é maior que a do álcool, portanto, o gelo irá afundar ao ser colocado em uma vasilha com álcool.

5) Errado – A fusão do gelo é representada por IV (calor latente de fusão 580 calorias/g) e a vaporização da água é representa da por V (calor latente de vaporização 5 540 calorias/g).

35. Essas ligações conferem ao gelo uma estrutura cris-

talina muito bem organizada e com grandes espaços 42. 1) Errado – A substância A 5 sólida, a substância B 5 vazios no seu interior. Como resultado, com a água gasosa e a substância C 5 líquida. no estado sólido, o volume ocupado será maior que 2) Correto – A vaporização da água envolve absorno estado líquido, estourando uma garrafa fechada ção de energia. cheia de água. 3) Correto – As substâncias no estado gasoso pos36. Enquanto existir uma mistura gelo-água, toda enersuem maior energia cinética do que em outro esgia fornecida será absorvida para a fusão do gelo, tado de agregação. portanto, a temperatura 0 °C até que todo gelo permanecerá seja fundido.constante em 4) Correto – Uma substância no estado líquido possui maior densidade que uma substância no es37. Depende da profundidade. Caso o lago não seja muito tado gasoso. profundo, a temperatura praticamente será a mesma, 5) Errado – O fato de manter a temperatura constante pois a capacidade calorífica da água é alta. Porém, pode concluir que se trata de uma substância, pocaso o lago seja muito profundo, haverá diferença de rém nada pode ser concluído se é uma substância temperatura, pois a água fria possui maior densidade e ficará concentrada no fundo do lago. simples ou composta. 366

43. A água é conhecida como solvente universal, por ser capaz de dissolver grande diversidade de substâncias ou materiais, além de estar presente, mesmo que em pequena quantidade, na maioria dos materiais.

53. Quanto maior a pressão, maior a solubilidade do gás no líquido.

54. Em um champanhe, a quantidade de gás dissolvida está em alta pressão. Caso seja sacudida, haverá grande liberação de dióxido de carbono, que poderia espirrar parte do líquido para fora da garrafa.

44. A dissolução de um soluto em um líquido depende das possíveis interações entre os constituintes das duas substâncias. Dependendo também dessas interações, o soluto poderá se dissolver em maior ou menor proporção.

45. A dissolução de um soluto em um

líquido depende das possíveis interações entre os constituintes das duas substâncias. A água, sendo um solvente polar, irá interagir a parte positiva (hidrogênio) com o ânion e a parte negativa (oxigênio) com o cátion.

55. No primeiro experimento, o fato deve ter ocorrido em período mais seco e com maior temperatura ambiente; a segunda experiência deve ter ocorrido em período muito úmido e com baixa temperatura.

56. 1) Errado – A solubilidade depende das interações entre soluto e solvente, mas o seu aumento está relacionado, em geral, à elevação da temperatura. 4) Errado – As soluções 4 e 5 são saturadas com precipitado.

46. O processo de dessalinização possibilita transformar

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a água salgada dos mares em água potável, porém o custo ainda é muito elevado. Ao tornar o processo mais acessível, o mundo terá uma fonte acessível de água potável.

47. Cada substância apresenta diferente solubilidade, dependendo de sua polaridade, temperatur a e pressão.

48. Porque há substância presente no chá que é mais solúvel em água quente.

49. A variação da temperatura varia a solubilidade; portanto, indicar a temperatura é importante para verificar o limite da solubilidade. 50. a) V água = 0,3 g de sulfato ⋅ 6,0 ml de água = 1,2 g de sulfato = 1,5 ml de água

O limite que é possível dissolver em 10 mL de água é de 2,0 g de sulfato de cobre, ou seja, acima de 0,3 g.

5) Errado – Para saturar as soluções 1 e 2, serão necessárias adicionar 5 g e 0,5 g do soluto.

Revisão para a prova 1. 2) Errado – As substâncias, que se encontram nas fases mais condensadas da matéria, são caracterizadas pela presença de interações mais fortes entre os seus constituintes. 4) Errado – Nos sólidos cristalinos existe ordenação entre átomos que estão dispostos em arranjos regulares pela rede de ligações que as constituem. Esses sólidos apresentam superfícies planas bem definidas (faces dos cristais) dispostas entre si e com ângulos bem definidos.

2. Todos os itens estão corretos. O sólido metálico, cujas

6,0 mg de água b) V água = 0,5 g de sulfato = 1,2 g de sulfato = 2 g de sulfato 100 g água 51. V água = 0,5 g de bicarbonato ⋅ = 9,6 g de bicarbonato = 5,21 g água Portanto, 0,5 g de sal está abaixo do limite. A solução será classificada como insaturada.

52. A solubilização dos gases em líquido diminuiu a sua solubilidade com o aumento da temperatura. Quando a garrafa do refrigerante está fechada, a pressão interna é maior do que a pressão externa; ao abrir uma garrafa, a pressão se iguala à pressão externa que é menor, diminuindo a solubilidade, ou seja, quanto maior a pressão maior, a solubilidade de um gás em um líquido. 367

unidades do retículo são os átomos, apresenta elevada temperatura de fusão. Sólidos iônicos são constituídos pela interação eletrostática entre cátions e ânions. Também possuem elevada temperatura de fusão dos sólidos. Os sólidos covalentes são formados por constituintes amoleculares, que realizam ligação covalente entre os átomos vizinhos d o retículo cristalino. Formam uma rede tridimensional contínua, que se prolonga até o limite físico do sólido. Por fim, os sólidos moleculares são sólidos mantidos por moléculas, as quais se unem nessa fase sólida, por forças intermoleculares.

3. 2) Errado – Substâncias polares dissolvem substâncias polares. 3) Errado – Substâncias apolares dissolvem substâncias apolares.

4) Errado – A ág ua, no estado líquido, apresenta moléculas que estão fortemente ligadas entre si. Isso ocorre em razão das fortes interações entre elas em função das ligações de hidrogênio.

5) Errado – Substâncias de baixa polaridade dissolvem melhor outras de baixa polaridade e as muito polares dissolvem melhor outras também muito polares.

4. d) Etanol é uma molécula polar solúvel em solventes

9. 1) Errado – Por causa da geometria angular, os di-

polares, como a água.

polos da molécula não se anulam, conferindo-lhe polaridade na molécula de água.

5. Todos os itens estão corretos. As moléculas de água são muito pequenas; sem suas interações intermoleculares, elas estariam sempre no estado gasoso à temperatura ambiente. As forças de Van der Waals podem ser divididas em interações dipolo-dipolo induzido ou força de London, interações dipolo-dipolo e ligações de hidrogênio. Quanto maior a força de Van de Waals, maior será a temperatura de fusão e de ebulição da substância e mudanças de fase do estado de agregação da matéria ocorrem após o rompimento dessas inter ações. Há interaç ões intermolecul ares me smo entre moléculas apolares.

3) Errado – As ligações de hidrogênio também são responsáveis pela flutuação dos icebergs nos mares, devido à menor densidade do gelo em relação à água líquida.

10. 2) Errado – O calor específico da água é muito elevado se comparado à quantidade de energia necessária para aquecer outras substâncias nessas mesmas condições. 3) Errado – As ligações de hidrogênio também são responsáveis pela flutuação dos icebergs nos mares, devido à menor densidade do gelo em relação à água líquida.

6. 1) Errado – As substâncias que fazem ligação de hiD L N P O Ã Ç A G L U IV D

drogênio possuem maior temperatura de ebulição, pois essa força de interação entre as moléculas é mais forte que as demais. 11. d) A vibração molecular é a responsável pela região 2) Errado – Quanto maior a força intermolecular, azulada vista na formação do gelo porque a água maior será a temperatura de ebulição. não absorve a luz solar referente à região azul, 4) quebra Errado –das Nasinterações moléculasintermoleculares, polares é mais difícil a do que nas moléculas apolares.

portanto, ela é refletida.

12. a) O forno de micro-ondas ele gera radiações com frequência de 2,45 . 10 9 hertz. No forno, essas r adiações são direcionadas ao compartimento onde ficam os alimentos. Essas ondas aumentam as vibrações das moléculas de água que, por sua vez, causam o aquecimento.

7. Todos os itens estão corretos .A Terra é um sistema complexo e dinâmico de organismos vivos totalmente dependentes da água. Esse líquido tem a capacidade de dissolver quantidade muito grande de substâncias, ajuda a regular a temperatura do planeta, participa de diversos processos em nosso corpo, encontra-se nos três estados na atmosfera terrestre, entre outras características.

13. e) A viscosidade da água, que permite a formação

8. 1) Errado – Nas moléculas de água, os átomos de

de gotas, da água varia com o aumento da temperatura, pois interfere nas ligações de hidrogênio desse líquido.

oxigênio possuem quatro pares de elétrons distribuídos uniformemente ao redor de seu núcleo 14. 2) Errado – A polarização de cargas nas moléculas que, de acordo com a teoria da repulsão dos pada água permite a separação de íons, fortemente res de elétrons, formam ângulos (par de elétrons – núcleo – par de elétrons) de 109º. 2) Errado – Os dois pares de elétrons do oxigênio, que não participam das ligações químicas, ficam mais próximos do núcleo, repelindo os dois pares que estão ligados aos átomos de hidrogênio; com isso, há retração no ângulo entre as ligações, que passa a ser de 104º40’. 368

unidos por atração eletrostática. Quando dissolvidos, os íons são envolvidos por mo léculas de água num processo denominado solvatação. 5) Errado – A facilidade, com que a água dissolve diferentes tipos de substância, deve-se à sua geometria e à distribuição de cargas de suas moléculas.