9 ano ciencias novo pensar by Editora FTD

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788520 002636

Componente curricular: Ciências da Natureza Anos finais do Ensino Fundamental

NOVO

Componente curricular: Ciências da Natureza

ISBN 978-85-20-00263-6

CIÊNCIAS

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Demétrio Ossowski Gowdak

Eduardo Lavieri Martins

Licenciado em História Natural pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da Pontifícia Universidade Católica do Paraná. Professor de Ciências e Biologia em escolas das redes particular e pública de ensino. Coordenador da área de Patologia Clínica em escola da rede particular de ensino.

Bacharel e licenciado em Ciências Biológicas pelo Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo. Professor e Coordenador no Ensino Fundamental e Superior e em cursinhos pré-vestibulares. Biólogo da Superintendência de Controle de Endemias (Sucen).

CIÊNCIAS

NOVO Componente curricular: Ciências da Natureza Anos finais do Ensino Fundamental

ano

2ª. edição São Paulo, 2015

Diretor editorial Lauri Cericato Gerente editorial Silvana Rossi Júlio Editor Roberto Henrique Lopes da Silva Editores assistentes João Paulo Bortoluci, Alexandre Garcia Macedo Assessoria Helder Santos, Sandra Del Carlo, Júlia Andrade, Gustavo Kaneto, Laura de Paula, Juliana Bardi, Rebeca Verônica Ribeiro Viana, Renata Rosenthal, Valéria Rosa Martins Assistente editorial Bruna Flores Bazzoli Gerente de produção editorial Mariana Milani Coordenadora de produção Marcia Berne Coordenadora de arte Daniela Máximo Projeto gráfico Fabiano dos Santos Mariano Capa Alexandre S. de Paula Foto de capa Peter Gudella/Shutterstock.com Editor de arte Fabiano dos Santos Mariano Diagramação Eduardo Benetório, Lucas Trevelin, Marina Martins Almeida, Suzana Massini, Wendel Freitas Tratamento de imagens Ana Isabela Pithan Maraschin, Eziquiel Racheti Guilherme H. Nahos Alonso Ilustrações e cartografia Alexandre Bueno, Alex Argozino, Allmaps, Arthur Kenji, Cecília Iwashita, Dawidson França, Fábio Marra, Ilustra Cartoon, Luis Moura, Paulo César Pereira, Paulo Nilson, Studio Caparroz, Walter Caldeira. Ilustrações que acompanham o projeto: designed by Freepik Coordenadora de preparação e revisão Lilian Semenichin Preparação Ana Lúcia P. Horn, Edna Viana, Fernanda Rodrigues, Iraci Miyuki Kishi, Lucila V. Segóvia Revisão Líder: Izabel Cristina Rodrigues. Revisoras: Aurea Santos, Carina de Luca, Desirée Araújo, Enymilia Guimarães, Giseli A. Gobbo, Júlia S. M. Tomazini, Juliana Rochetto, Marcella de A. Silva Supervisora de iconografia Célia Maria Rosa de Oliveira Iconografia Etoile Shaw, Izilda Canosa, Odete Ernestina Pereira, Rosely Ladeira Diretor de operações e produção gráfica Reginaldo Soares Damasceno Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Gowdak, Demétrio Ossowski Ciências novo pensar, 9º ano / Demétrio Ossowski Gowdak, Eduardo Lavieri Martins. -2. ed. -- São Paulo : FTD, 2015. Bibliografia. ISBN 978-85-20-00263-6 (aluno) ISBN 978-85-20-00264-3 (professor) 1. Ciências (Ensino fundamental) I. Martins, Eduardo Lavieri. II. Título. 15-04072 CDD-372.35 Índices para catálogo sistemático: 1. Ciências : Ensino fundamental 372.35

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

Editora FTD S.A. Rua Rui Barbosa, 156 – Bela Vista – São Paulo-SP CEP 01326-010 – Tel. (11) 3598-6000 Caixa Postal 65149 – CEP da Caixa Postal 01390-970 www.ftd.com.br E-mail: ensino.fundamental2@ftd.com.br

Impresso no Parque Gráfico da Editora FTD S.A. CNPJ 61.186.490/0016-33 Avenida Antonio Bardella, 300 Guarulhos-SP – CEP 07220-020 Tel. (11) 3545-8600 e Fax (11) 2412-5375

NASA

INTRODUÇÃO Neste ano, vamos percorrer os caminhos da Química e da Física. Vamos aprofundar nossas informações sobre Ciências e conhecer alguns dos seus estudiosos, que, nos séculos passados, sem tantos recursos tecnológicos, conseguiram deixar marcos de conhecimento e de pensamentos. Serão abordados, também neste volume, temas como Tecnologia e Ecologia, com assuntos fundamentais para a compreensão e a participação crítica no mundo atual.

Conheça seu livro Os relâmpagos iluminam as paisagens. Florianópolis (SC), 2014.

Conceitos meteorológicos e físicos são necessários para explicar e compreender fenômenos como a formação de um arco-íris. Na fotografia, vemos arco-íris em Novo Airão (AM), 2013.

Cadu Rolim/Fotoarena/ Folhapress

Marcos Amend/Pulsar

JSC/NASA

O conteúdo deste livro está dividido em grandes blocos, chamados unidades. Cada uma delas agrupa capítulos sobre determinado tema de Ciências. Nas aberturas das unidades, esses temas são apresentados com imagens e questões instigantes, que vão fazer você se animar a aprofundar seus estudos.

UNIDADE 3

Momento do lançamento do ônibus espacial Atlantis em sua última missão. Flórida, Estados Unidos da América, 2011. (Foto de fundo.)

NOÇÕES BÁSICAS DE FÍSICA A Física é a ciência que estuda a natureza da energia e da matéria, criando modelos para interpretá-la. Os fenômenos estudados pela Física manifestam-se de diversas formas. Alguns são muito comuns em nosso cotidiano, como os que envolvem abrir uma porta, trocar o pneu de um carro, praticar esportes. Outros são bem mais complexos, como o lançamento de naves espaciais e a construção de telescópios. 1. A Física está bem mais presente em nosso cotidiano do que muitas pessoas imaginam. Nas imagens desta abertura de unidade, você pode observar fenô-

Flavio Bacellar/Olhar Imagem

menos visuais, como o relâmpago e o arco-íris, além de uma construção da

Os conceitos de Física são usados por engenheiros na construção de diversas obras. Na fotografia, vemos a ponte estaiada localizada na Marginal Tietê, em São Paulo (SP), 2013.

engenharia e o momento de lançamento de uma nave espacial. • Na sala de aula, enquanto lê essas informações, ocorrem a seu redor situações que remetem à Física? Quais são elas? 2. Você sabe quais são as principais áreas de estudo da Física? Pesquise e relacione as imagens de abertura a cada uma dessas áreas.

151

150

COMPROMETIMENTO DO MEIO AMBIENTE

CAPÍTULO

O ser humano há tempo vem causando mais alterações no ambiente que todos os demais

O ambiente agredido

seres vivos. O ser humano moderno surgiu há mais de 100 000 anos na África e de lá expandiu-se pelo mundo. De início, vagando pelos campos e pelas florestas atrás de alimento e abrigo. Duas grandes revoluções, entretanto, marcaram as alterações mais significativas pelas quais passou a humanidade: a Revolução Neolítica e a Revolução Industrial. A Revolução Neolítica ocorreu há mais de  10 mil anos e deu início à civilização. Entre as

técnicas descobertas e desenvolvidas no final do período Neolítico, destacam-se a domesticação de animais, o cultivo de plantas e o uso do fogo.

Essas técnicas resolveram o problema da escassez de alimento, permitindo o aumento da população humana. Surgiram, então, as cidades, as profissões, a escrita, o comércio e a metalurgia, por exemplo.

Leia as tirinhas a seguir. © Mauricio de Sousa Produções Ltda.

Com o aumento da população, a humanidade precisou de mais espaço para a construção de cidades, o cultivo de plantas e a criação de animais. Desse modo, as florestas e os campos foram cedendo lugar às populações humanas. Durante o século XIX, aconteceu a Revolução Industrial, que acelerou todo o processo de desenvolvimento. A industrialização trouxe progresso e tornou a vida humana mais fácil e confortável; entretanto, ao mesmo tempo, contribuiu para acelerar as alterações no ambiente. Atualmente, resíduos industriais e domésticos acumulam-se no ar, na água e no solo, comprometendo todos os ecossistemas. As consequências dessa forma de tratar a natureza estão se tornando dramáticas e insustentáveis.

Ziraldo

ZIRALDO. Menino Maluquinho. 2002-2015. Disponível em: <http://www.omeninomaluquinho. com.br/paginatirinha/paginaanterior.asp?da=24122006>. Acesso em: 24 mar. 2015.

› Você já viveu uma situação semelhante às mostradas acima em algum lugar?

vernantes para as questões relacionadas à preservação do meio ambiente e dos recursos naturais do planeta? sobre esse tema. Depois cante para seus colegas.

Infográfico: Yuri Vasconcelos e Ana Paula Campos/ Pesquisa FAPESP - Ilustração: Alexandre Affonso

RESISTENTE E FLEXÍVEL

John A. Anderson/Shutterstock.com

até 12 cm

VASCONCELOS, Y. Teias de laboratório. Pesquisa Fapesp, São Paulo, n. 216, p. 66-69, fev. 2014. Disponível em: <http://revistapesquisa.fapesp.br/2014/02/12/teias-de-laboratorio>. Acesso em: 29 jan. 2015.

Poluição do ar e da água provocada pela ação humana. (A) Chaminé de indústria expelindo poluição em Pereira Barreto (SP), 2014; (B) Lagoa poluída por atividades humanas no Rio de Janeiro (RJ), 2013.

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302

TEIA CONHECIMENTO DO TEIA DE ARANHA, UM BIOPOLÍMERO

Fabio Colombini

› Entrou em vigor, no ano de 2012, uma lei que proíbe a utilização de sacolinhas plásticas nos supermercados. Qual é a sua opinião a esse respeito?

› Elabore uma paródia, utilizando como base uma música de que você goste, falando

Aranha-do-fio-de-ouro, Nephila clavipes, uma das cinco espécies brasileiras que inspiraram o desenvolvimento da fibra artificial.

Tirinhas ilustrando situações em decorrência da poluição.

› Qual é, em sua opinião, a melhor forma de conscientização da população e dos go-

Nas telas de cinema e nas histórias em quadrinhos, o super-herói se desloca pela metrópole pendurado em resistentes fios de seda, que também são usados para imobilizar os vilões que ameaçam a cidade. No que depender de um grupo de pesquisadores brasileiros, liderado por Elíbio Rech, [...] dentro de alguns anos a ficção poderá, com certas adaptações, tornar-se realidade. Rech está à frente de uma equipe cujo objetivo é fabricar fibras sintéticas inspiradas nas teias de aranha da biodiversidade brasileira. Esse biopolímero artificial, cujo processo de fabricação em escala laboratorial já é plenamente dominado, poderá ser usado como matéria-prima para a fabricação de vasta quantidade de produtos, entre eles fios biodegradáveis para sutura cirúrgica, coletes à prova de balas mais leves do que os atuais, para-choques de automóveis flexíveis e até bagageiros e outros componentes plásticos de aviões. Com um pouco de imaginação, os fios sintéticos poderão inclusive dar origem a cordas ultrarresistentes capazes de ter emprego similar ao dado pelo Homem-Aranha [...]. “Esse novo biomaterial, fabricado com auxílio de ferramentas de biotecnologia e engenharia genética, poderá, em tese, ser utilizado para uma infinidade de aplicações que demandam flexibilidade, resistência e biodegradabilidade em um único material”, afirma Elíbio Rech. “Nós já dominamos a tecnologia da produção de fios sintéticos de teias de aranha em laboratório. Nosso desafio agora é definir uma forma econômica, rápida e segura para sua produção em larga escala” [...]. O interesse em produzir fibras que mimetizam a seda de aranha se dá porque esse material agrega propriedades únicas. Os fios tecidos pelas aranhas são, ao mesmo tempo, resistentes e elásticos – o aço, em comparação, é altamente resistente, mas não é flexível. Feitos de proteínas, são biodegradáveis. Ao fazer a análise molecular desse material, os cientistas brasileiros descobriram que as aranhas da biodiversidade brasileira produzem teias extremamente robustas e flexíveis. “Um cabo da espessura de uma caneta tecido com fios de aranha, por exemplo, poderia ser usado para deslocar um avião grande, tipo Boeing, sem se romper”, conta o pesquisador da Embrapa. “Sabemos que a seda das aranhas tem características de flexibilidade e resistência superiores às de qualquer material existente, inclusive o polímero [...] usado para fabricação de coletes à prova de balas”, diz Rech [...]. O estudo publicado revela a complexa organização [...] das proteínas contidas nas teias de aranha encontradas no Brasil. É essa organização estrutural que lhes confere resistência e elasticidade. No artigo, escrito em coautoria com o biólogo Luciano Silva, também da Embrapa, é revelada pela primeira vez a nanoestrutura desses fios. “Com auxílio da microscopia de força atômica em alta resolução, os detalhes de cada fibra foram ampliados em até 1 bilhão de vezes, o que nos permitiu diferenciar, por exemplo, as fibras mais elásticas das mais resistentes. O estudo permitiu melhorar e acelerar nosso domínio da produção de fibras sintéticas inspiradas nas teias de aranha”, explica Rech. [...]

Animação sobre a poluição da água e a degradação do ar e do solo. Disponível em: <http://eba.im/dvar8x>. Acesso em: 4 mar. 2015.

Ricardo Moraes/Reuters/Latinstock

•

No começo de cada capítulo, você vai se deparar com imagens e atividades que o ajudarão a resgatar o que já sabe. Além disso, esta seção também vai despertar o seu interesse pelo que está por vir.

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

Diversos produtos fabricados a partir da teia de aranha artificial.

As cores não correspondem aos tons reais.

ATIVIDADES 1

Qual é a Ciência que estuda as propriedades da matéria? Quais são as propriedades gerais da matéria?

2 O que são biopolímeros? Você já ouviu falar de algum deles? Além da fibra sintética de teia de aranha, você conhece algum biopolímero que esteja sendo produzido no Brasil? Faça uma breve pesquisa para responder a essas questões e comente-as com um colega. 3 Os pesquisadores esperam utilizar a fibra de teia de aranha para diversas funções, como fios de sutura e coletes à prova de balas. Na natureza, cite uma função desempenhada pelas teias de aranha. 4 Imagine que você tem em suas mãos uma fibra artificial de teia de aranha que possui uma massa de 650 g e uma extensão (volume) de 500 cm3. a) Calcule a densidade absoluta da teia de aranha. b) Considerando que o chumbo tem densidade absoluta igual a 11,34 g/cm3, qual dos dois materiais tem maior densidade absoluta? c) Com base no resultado do item anterior, além da maior resistência e flexibilidade, cite outra vantagem da fibra de teia de aranha em relação ao chumbo. Explique. 5 Com base nas informações apresentadas no texto, indique que propriedades físicas gerais e específicas da matéria possui a fibra sintética de teia de aranha.

Estudar Ciências ou qualquer outra disciplina é muito importante para você entender o ambiente, as pessoas e você mesmo. Nesta seção do livro, você será estimulado a enxergar a relação entre os diferentes temas que você aprende. Assim, você conseguirá atuar no mundo de forma mais crítica.

Observe as representações. substância simples

REVER E APLICAR

2. São necessários cinco anos para que o cobalto-60 perca metade de sua radioatividade. Qual é a porcentagem de sua atividade original que permanecerá ao fim de 20 anos? Qual é a meia-vida desse elemento?

As cores não correspondem aos tons reais.

Editoria de Arte

Desintegração radioativa Massa do elemento 40 (gramas)

As cores não correspondem aos tons reais.

Por que todas as bolinhas das imagens referentes à alotropia do carbono da página 56 foram representadas em cinza? Essas representações imitam exatamente a realidade? Se o gás oxigênio (O2) é incolor e o gás ozônio (O3) é azulado, não seria interessante que os representássemos com suas cores reais? Por quê?

Os átomos do elemento químico enxofre (S) unem-se e formam moléculas de uma subs-

10 0 4

Tempo (horas)

Representação gráfica da desintegração radioativa de um elemento.

diferentes por causa da organização das moléculas (S8) em cada um deles. Responda às questões no caderno. a) Há alotropia nesse caso? Justifique sua resposta. b) O enxofre S8 é um elemento químico, uma composta? Justifique sua resposta.

Marco A. Alves/ Eletronuclear

energia elétrica e para fins pacíficos (Medicina, agricultransportes); o outro, contrário a qualquer tipo de utilização dessa forma de energia. Os grupos poderão pesquisar sobre o assunto em jornais, revistas, livros e na internet para o aprofundamento da

Usinas de Angra dos Reis, Rio de Janeiro (RJ), 2011.

Arthur Kenji

discussão.

149

Os trabalhos em grupo são essenciais para desenvolvermos habilidades como cooperação, divisão de tarefas e convivência com 58ideias diferentes. Aproveite bastante essas oportunidades!

tura, indústria, Arqueologia,

Enxofre monoclínico.

substância simples ou uma substância

no Brasil para a produção de

Enxofre rômbico.

Ilustrações produzidas com base em: SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA. Química nova interativa. Disponível em: <http://qnint.sbq. org.br/novo>. Acesso em: 18 mar. 2015.

c) Quantos átomos do elemento enxofre (S) há em uma única molécula de enxofre (S8)?

TRABALHO EM GRUPO

A classe deve ser dividida em à utilização de energia nuclear

As moléculas apresentam mais de um tipo de elemento químico ( e

que têm praticamente as mesmas propriedades químicas, porém apresentam formatos

UTILIZAÇÃO DE ENERGIA NUCLEAR NO BRASIL dois grupos: um deles, favorável

tância de aspecto amarelado também chamada enxofre (S8). Na fase sólida, podemos encontrar dois tipos de cristais de enxofre,

As moléculas apresentam um único tipo de elemento químico ( ).

Por que o diamante é mais duro do que a grafita?

Podemos considerar o ozônio sempre benéfico para a vida na Terra? Explique sua resposta.

Os ozonizadores são aparelhos utilizados na purificação da água. Seu funcionamento se baseia na produção do gás ozônio pelo oxigênio por meio de uma descarga elétrica. Como a água comum possui oxigênio dissolvido, podemos transformá-lo parcialmente em ozônio, bastando para isso “dar uma descarga de alta tensão”. O ozônio que se forma dissolvido na água pode então manifestar suas propriedades bactericidas bem conhecidas dos médicos. • Existem algumas discussões quanto às vantagens do uso de um ozonizador. Pesquise sobre esse assunto e explique o porquê da discussão. Qual é a sua opinião?

Ozonizador de água.

Sempre que estiver estudando algo,

Representação de substâncias simples e composta.

Ilustração produzida com basedê em: SOCIEDADE BRASILEIRA DE QUÍMICA.eQuímica nova interativa. especial atenção às atividades Disponível em: <http://qnint.sbq.org.br/novo>. Acesso em: 18 mar. 2015. exercícios. Entre outros aspectos, eles

ajudam você a avaliar o que aprendeu e também ajudam a treinar a resolução problemas e situações. •II. AÇÃO Como identificar uma substância?deComo podemos diferenciar as substâncias? DO CALOR SOBRE A ÁGUA

I. DILATAÇÃO TÉRMICA

ATIVIDADES EXPERIMENTAIS

3. Ao se estudar a desintegração radioativa de um elemento, obteve-se o gráfico a seguir.

Fábio Marra

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

1. O plutônio-239 tem meia-vida de 2,4 104 anos. Partindo-se de 1 kg de plutônio-239, depois de 2,4 104 anos, quanto ainda restará desse radioisótopo?

Fernando Favoretto

DE SA

substância composta

Objetivo

Verificar o comportamento de um sólido quando aquecido.

Material • pedaço de arame (1 m aproximadamente); • duas estacas de madeira; • uma massa qualquer; • vela acesa.

Verificar a ação do calor sobre a água.

Atenção: Os experimentos com vela devem ser realizados com cuidado para evitar queimaduras. Faça-os sempre com a supervisão de um adulto.

Material • tubo de ensaio de vidro refratário; • suporte para o tubo de ensaio;

As substâncias e suasAtividades fórmulas químicas práticas nos ajudam de várias

• rolha perfurada com tubinho de vidro adaptado;

• bico de Bunsen ou lamparina a álcool;

Procedimento

• caneta de ponta macia;

A. Estique o pedaço de arame entre as duas estacas de madeira, apoiadas numa mesa.

• água colorida.

B. Pendure no arame uma massa qualquer.

formas. Parapor começar, fica químicas. mais fácil entender As substâncias podem ser representadas fórmulas conceitos mais complicados ou abstratos. Além ENTENDENDO A RADIOATIVIDADE A fórmula química é uma representação simplificada da molécula constituinte da substância. disso, você mesmo pode realizar experimentos Radioatividade é o nome dado ao processo natural ou artificial no qual o núcleo de alguns átoExemplos: para buscar respostas para as suas perguntas! C. Meça a distância entre a massa e a mesa (posição A). Anote o valor da medida.

Procedimento

D. Com a vela acesa, aqueça o arame em todo o seu comprimento.

A. Encha completamente o tubo de ensaio com a água colorida, arrolhe-o e marque com a caneta o

Material usado no experimento.

nível da água no tubinho que atravessa a rolha (se necessário, acrescente algumas gotas de água

E. Levante hipóteses.

no tubinho com um conta-gotas).

• Em sua opinião, o que acontecerá com o arame? Justifique sua resposta.

B. Coloque o tubo de ensaio no suporte e acenda o bico de Bunsen ou a lamparina.

F. Após aquecer o arame, meça novamente a distância da massa à mesa. Anote e confira se houve

C. Observe o que acontece e anote outra vez o nível da água no tubinho.

diferença entre as duas medidas.

Arrolhar: colocar rolha, tampar com rolha.

• O que aconteceu com o nível da água quando o tubo de ensaio foi aquecido?

As cores não correspondem aos tons reais.

Atenção: Cuidado ao utilizar o fogo.

mos emite partículas. Esse processo é chamado de decaimento radioativo ou desintegração nuclear. base de experimento

A radioatividade foi descoberta no século XIX por Henri Becquerel, que trabalhava com Arthur Kenji

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

Representando substâncias

minérios de urânio e percebeu que eles eram capazes de emitir luz mesmo quando estavam no

As cores não correspondem aos tons reais.

escuro. Logo depois, o casal Pierre e Marie Curie comprovou a existência de outras substâncias com atividade radioativa.

estaca de madeira

Montagem utilizada no experimento sobre dilatação térmica de um sólido (arame). uma massa qualquer que, por si, não muda a posição horizontal do arame

Substância

Ilustrações: Luis Moura

posição A

Fórmula

Atualmente, acredita-se que a origem da radioatividade é uma instabilidade interna no Montagem do aparato para o experimento.

QUESTÕES E CONCLUSÕES

1. O que foi preciso para o arame mudar de posição?

1. Como se explica a alteração no nível da água?

Significado

núcleo do átomo, que, ao se converter em outro átomo, alcança maior estabilidade. A maioria dos elementos encontrados na natureza tem seus núcleos estáveis, isto é, não

2. Depois de afastar a vela, o que acontece com o arame?

230

2. Por que os corpos se dilatam pelo calor?

Água

2 radioativos. A estabilidade do núcleo atômico é determinada pelo número de massa, ou seja,

231

pela quantidade de prótons e de nêutrons. A estabilidade só é rompida nos átomos com número de massa muito grande. Assim, a partir do polônio, cujo número atômico é 84, todos os elementos têm núcleos instáveis.

Glicose

C6H12O6

Na natureza existem também, em proporções mínimas, átomos instáveis de elementos

Em uma molécula de água, há dois átomos de Os elementos hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio (O).

As cores não da imagem estão correspondem fora de escala de aos tons reais. de carbono (C), Em uma molécula deentre glicose, há seis átomos tamanho si.

12 átomos de hidrogênio (H) e seis átomos de oxigênio (O).

mais leves que o polônio. Todos esses átomos de núcleos instáveis são isótopos radioativos

Editora Zahar

ou radioisótopos.

Ilustrações e esquemas Em uma molécula de ozônio, há três muitas átomos de oxigênio (O). vezes apresentam cores e tamanhos diferentes da realidade, pois assim eles Curie e a radioatividade em 90 minutos Autor: Paul Strathern ficam mais simples e claros, facilitando Editora: Jorge Zahar Editor a visualização e o aprendizado de • No link a seguir, você encontrará alguns elementos químicos que fazem parte do nosso Ano: 2000 certos conteúdos. Estes selos indicam Marie Curie, ganhadora de dois prêmios Nobel, foi dia umaadas dia,maiores desde a sua obtenção até sua utilização. Disponível em: <http://eba.im/3wc9gf>. quando isso acontece. cientistas do século XX. Seu trabalho permitiu progressos na Física Ozônio

18 Nuclear e na Medicina. Ironicamente, Curie morreu deAcesso leucemia em: em 1934 em consequência de anos de exposição à radioatividade.

fev. 2015.

Desintegração radioativa

Ao se desintegrarem, os núcleos podem liberar radiação na forma de partículas alfa (a), partículas e partículas (g). Bons livros beta são(b) uma ótimagama forma No meio de tanta informação A desintegração alfa compreende alfa, positivamente carregadas, de aprender algo. Procure, nas a emissão de partículas disponível na internet, como saber o cada uma constituída por 2eprótons núcleo átomo. Estas indicações, bibliotecas da escola da suae 2 nêutrons, expelidos que édobom oudoruim? cidade, os livros indicados no que aparecem ao longo do livro, foram Os átomos de urânio, tório, polônio e rádio  emitem radiação do tipo alfa. decorrer deste volume, e assim cuidadosamente selecionadas para aprenda aindabeta mais! você seus estudos. A desintegração consiste na liberação de partículasajudar beta, cada umaem constituída por

Tudo isso que você viu faz parte do livro com o qual você vai estudar Ciências este ano. Bom trabalho!

1 elétron, portanto, negativamente carregadas.

Os átomos de tório, césio e estrôncio apresentam desintegração beta. A radiação gama compreende a emissão de ondas eletromagnéticas da mesma natureza das ondas luminosas. Os raios alfa, beta e gama são perigosos para os seres vivos. A radiação alfa é a menos prejudicial: suas partículas não conseguem sequer atravessar uma folha de papel. Apesar de as partículas alfa e beta terem pouco poder de penetração, podem ser perigosas se entrarem em nosso corpo por meio da ingestão ou inalação de elementos radioativos. As partículas beta podem

SUMÁRIO UNIDADE 1 MATÉRIA E ENERGIA..........................................................................12 CAPÍTULO

CAPÍTULO

MATÉRIA...........................................................................................................14 Introdução ao estudo da matéria......................................................................................................... 15 Propriedades da matéria...................................................................................................................... 15 Propriedades gerais...................................................................................................................... 15 Propriedades específicas............................................................................................................... 18 Teia do conhecimento: Teia de aranha, um biopolímero resistente e flexível.......................................... 20 Atividade experimental: Densidade de líquidos e de sólidos.................................................................. 23 Substância e mistura.................................................................................................................... 24 Fenômenos químicos e físicos....................................................................................................... 24 Teia do conhecimento: Você sabia que o grafite e o diamante são feitos do mesmo material?............................................................................................................. 26 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 27

ENERGIA...........................................................................................................29 Introdução ao estudo da energia.......................................................................................................... 30 Formas de energia............................................................................................................................... 30 Energia mecânica......................................................................................................................... 30 Energia elétrica............................................................................................................................. 32 Energia térmica............................................................................................................................ 32 Energia luminosa e sonora............................................................................................................ 32 Conservação de energia....................................................................................................................... 32 Transformação de energia.................................................................................................................... 33 Usina hidrelétrica.......................................................................................................................... 33 Usina termelétrica........................................................................................................................ 35 Usina nuclear (termonuclear)........................................................................................................ 36 Teia do conhecimento: A energia eólica no Brasil................................................................................. 37 Energia da biomassa..................................................................................................................... 39 Teia do conhecimento: Dicas de economia de energia.......................................................................... 39 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 41

UNIDADES DE MEDIDA................................................................................43 Noção de grandeza física..................................................................................................................... 44 Sistema de unidades de medida........................................................................................................... 44 Múltiplos e submúltiplos............................................................................................................... 45 Teia do conhecimento: A história por trás do Sistema Internacional de Unidades (SI)............................ 46 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 47

UNIDADE 2 NOÇÕES BÁSICAS DE QUÍMICA................................................. 48 CAPÍTULO

SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS E MISTURAS...............................................50 Conceitos de moléculas e substâncias químicas.................................................................................... 51 Substâncias e o número de elementos químicos........................................................................... 51 As substâncias e suas fórmulas químicas....................................................................................... 52 Teia do conhecimento: Alguns grandes nomes da Química................................................................... 53 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 54 Alotropia............................................................................................................................................. 56 Alotropia do carbono................................................................................................................... 56 Alotropia do oxigênio................................................................................................................... 57 Teia do conhecimento: Ação de relâmpagos modifica química da atmosfera........................................ 57

Rever e aplicar..................................................................................................................................... 59 Mistura................................................................................................................................................ 60 Substância e mistura.................................................................................................................... 60 Atividade experimental: Diferença entre as misturas............................................................................. 61 Sistema, fase de um sistema e classificação.................................................................................. 62 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 63 Separação dos componentes das misturas............................................................................................ 64 Separação dos componentes de misturas heterogêneas................................................................ 64 Separação dos componentes de misturas homogêneas................................................................. 68 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 69 CAPÍTULO

CAPÍTULO

A ESTRUTURA DO ÁTOMO.........................................................................70 Estrutura do átomo.............................................................................................................................. 71 Partículas fundamentais do átomo................................................................................................ 72 Tamanho do átomo...................................................................................................................... 72 A eletrosfera: níveis e subníveis de energia................................................................................... 72 Teia do conhecimento: O átomo: história e modelos............................................................................ 74 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 76 Elemento químico, átomo e íon........................................................................................................... 77 Símbolos dos elementos químicos................................................................................................ 78 Átomo e íon................................................................................................................................. 80 Teia do conhecimento: Excesso de sódio faz mal, mas falta do mineral também traz prejuízos............................................................................................................. 81 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 82 Classificação dos elementos químicos.................................................................................................. 84 As classes de elementos químicos................................................................................................. 86 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 89

LIGAÇÕES QUÍMICAS...................................................................................90 Estabilidade dos gases nobres.............................................................................................................. 91 Ligação iônica...................................................................................................................................... 91 Representação das ligações iônicas............................................................................................... 93 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 94 Ligação covalente e ligação metálica.................................................................................................... 96 Rever e aplicar..................................................................................................................................... 98

REAÇÕES QUÍMICAS.................................................................................. 101 Identificando uma reação química...................................................................................................... 102 Atividade experimental: Ocorrência de reações químicas.................................................................... 103 Componentes de uma reação química........................................................................................ 103 Interpretando uma equação química.......................................................................................... 104 Teia do conhecimento: Combustível hidrogênio................................................................................. 106 Rever e aplicar................................................................................................................................... 107 Velocidade das reações químicas........................................................................................................ 110 Atividade experimental: Velocidade de uma reação química............................................................... 110 Enzimas: catalisadores dos seres vivos......................................................................................... 111 Leis das reações químicas................................................................................................................... 112 Lei de Lavoisier........................................................................................................................... 112 Lei de Proust.............................................................................................................................. 112 Atividade experimental: Energia nas reações químicas........................................................................ 113 Rever e aplicar................................................................................................................................... 114

FUNÇÕES QUÍMICAS.................................................................................. 116 Introdução......................................................................................................................................... 117 Ácidos............................................................................................................................................... 117 Propriedades.............................................................................................................................. 117

A fórmula e o nome dos ácidos.................................................................................................. 119 A importância dos ácidos para o ser humano............................................................................. 120 Teia do conhecimento: A acidificação do estômago............................................................................ 120 Bases................................................................................................................................................. 122 Propriedades.............................................................................................................................. 122 A fórmula e o nome das bases .................................................................................................. 123 A importância das bases para o ser humano............................................................................... 123 Atividade experimental: Ácido ou base?............................................................................................. 124 Rever e aplicar................................................................................................................................... 125 Sais.................................................................................................................................................... 126 Propriedades.............................................................................................................................. 127 A fórmula e o nome dos sais...................................................................................................... 127 A importância dos sais................................................................................................................ 128 Óxidos............................................................................................................................................... 129 Propriedades.............................................................................................................................. 129 Teia do conhecimento: Chuva ácida.................................................................................................... 130 A fórmula e o nome dos óxidos.................................................................................................. 132 A importância dos óxidos........................................................................................................... 132 Algumas funções orgânicas................................................................................................................ 132 Rever e aplicar................................................................................................................................... 136 CAPÍTULO

RADIOATIVIDADE.........................................................................................138 Entendendo a radioatividade.............................................................................................................. 139 Desintegração radioativa............................................................................................................ 139 Teia do conhecimento: Efeitos da radioatividade nos seres humanos.................................................. 140 Transformação dos elementos químicos...................................................................................... 142 Efeitos da radioatividade sobre os organismos.................................................................................... 143 Contaminação e irradiação......................................................................................................... 144 Fissão e fusão nuclear........................................................................................................................ 144 Teia do conhecimento: Os benefícios da energia nuclear e das radiações............................................ 145 Rever e aplicar................................................................................................................................... 147 Trabalho em grupo: Utilização de energia nuclear no Brasil................................................................ 149

UNIDADE 3 NOÇÕES BÁSICAS DE FÍSICA................................................... 150 CAPÍTULO

10 CAPÍTULO

MOVIMENTO.................................................................................................. 152 Movimento, repouso e referencial...................................................................................................... 153 Movimento uniforme e movimento uniformemente variado............................................................... 154 Movimento uniforme................................................................................................................. 154 Movimento uniformemente variado........................................................................................... 156 Teia do conhecimento: Velocidade no futebol.................................................................................... 157 Teia do conhecimento: Lua e maçãs: o que é gravidade?.................................................................... 161 Convertendo unidades............................................................................................................... 163 Rever e aplicar................................................................................................................................... 163

FORÇA..............................................................................................................167 Forças ao nosso redor........................................................................................................................ 168 Conceito de força....................................................................................................................... 168 Elementos de uma força............................................................................................................. 168 Força: uma grandeza vetorial...................................................................................................... 169 Medida da força......................................................................................................................... 170 Forças combinadas............................................................................................................................. 171 Representando graficamente as forças com vetores.................................................................... 174 Rever e aplicar................................................................................................................................... 174 Atividade experimental: Força de deformação.................................................................................... 176 Leis de Newton.................................................................................................................................. 177

Primeira lei de Newton: lei da inércia.......................................................................................... 177 Teia do conhecimento: Inércia e as lesões em acidentes de carro........................................................ 178 Atividade experimental: A inércia dos corpos..................................................................................... 180 Segunda lei de Newton: princípio fundamental da dinâmica....................................................... 180 Terceira lei de Newton: lei da ação e reação................................................................................ 181 Força de atrito................................................................................................................................... 182 Rever e aplicar................................................................................................................................... 183 Peso e gravidade................................................................................................................................ 184 Em diferentes corpos celestes, seu peso muda, mas sua massa não!........................................... 185 Na Terra, o peso também varia................................................................................................... 186 Rever e aplicar................................................................................................................................... 186 CAPÍTULO

12 CAPÍTULO

13 CAPÍTULO

CAPÍTULO

PRESSÃO........................................................................................................188 Pressão dos sólidos............................................................................................................................ 189 Pressão dos líquidos........................................................................................................................... 190 Calculando a pressão de um líquido........................................................................................... 190 Pressão dos gases.............................................................................................................................. 191 A pressão de um gás pode variar................................................................................................ 191 Pressão atmosférica.................................................................................................................... 193 Teia do conhecimento: Atividade submarina....................................................................................... 193 Atividade experimental: Como tirar a água de um grande aquário?................................................... 195 Rever e aplicar................................................................................................................................... 195

TRABALHO E POTÊNCIA........................................................................... 197 Conceito físico de trabalho................................................................................................................ 198 Calculando o trabalho................................................................................................................ 198 Teia do conhecimento: Afinal, quem foi Joule?................................................................................... 199 Potência............................................................................................................................................. 201 Calculando a potência................................................................................................................ 201 Um pouco mais sobre unidades de medida................................................................................. 202 Teia do conhecimento: Por que a potência dos motores é medida em cavalos?.................................. 203 Rever e aplicar................................................................................................................................... 204

MÁQUINA SIMPLES....................................................................................206 Alavancas.......................................................................................................................................... 207 Atividade experimental: Utilidade da alavanca.................................................................................... 208 Classificação das alavancas................................................................................................................ 210 Interfixa...................................................................................................................................... 210 Inter-resistente........................................................................................................................... 210 Interpotente............................................................................................................................... 210 Atividade experimental: Alavancas..................................................................................................... 212 Roldanas............................................................................................................................................ 213 Roldanas fixas e móveis.............................................................................................................. 213 Outras máquinas simples................................................................................................................... 216 Plano inclinado........................................................................................................................... 216 Parafuso..................................................................................................................................... 216 Teia do conhecimento: As rampas para cadeirantes pelo Brasil........................................................... 217 Rever e aplicar................................................................................................................................... 218

TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA ENTRE SISTEMAS: CALOR.......220 Conceitos de calor e temperatura...................................................................................................... 221 Equilíbrio térmico....................................................................................................................... 221 Medida da temperatura.............................................................................................................. 221 Escalas termométricas................................................................................................................ 222 Relações entre as escalas termométricas..................................................................................... 223 Teia do conhecimento: Alcançada temperatura abaixo do zero absoluto............................................ 224

Transferência de calor........................................................................................................................ 226 Condução térmica...................................................................................................................... 226 Atividade experimental: Condução térmica........................................................................................ 227 Convecção térmica..................................................................................................................... 227 Irradiação térmica....................................................................................................................... 228 Dilatação térmica............................................................................................................................... 228 Atividades experimentais: I. Dilatação térmica.................................................................................................................... 230 II. Ação do calor sobre a água.................................................................................................... 231 Calorimetria....................................................................................................................................... 232 Unidades de quantidade de calor............................................................................................... 232 Calor específico.......................................................................................................................... 232 Calculando a quantidade de calor.............................................................................................. 233 Teia do conhecimento: Controlando a temperatura corpórea – ectotermia e endotermia.................... 234 Rever e aplicar................................................................................................................................... 236 CAPÍTULO

CAPÍTULO

17 10

ONDAS, SOM E LUZ....................................................................................238 No meio de ondas, som e luz............................................................................................................. 239 Ondas................................................................................................................................................ 239 Classificação das ondas quanto à natureza................................................................................. 240 Componentes e grandezas de uma onda.................................................................................... 240 Espectro eletromagnético........................................................................................................... 241 Teia do conhecimento: Como funciona o forno de micro-ondas?....................................................... 243 Rever e aplicar................................................................................................................................... 245 Som................................................................................................................................................... 246 Atividade experimental: Observando as vibrações sonoras.................................................................. 246 Meios em que o som se propaga e velocidade de propagação.................................................... 247 Reflexão do som......................................................................................................................... 247 Teia do conhecimento: Uma festa do barulho..................................................................................... 248 Som e eco – aplicações práticas.................................................................................................. 250 Qualidades fisiológicas do som................................................................................................... 250 Rever e aplicar................................................................................................................................... 252 Luz.................................................................................................................................................... 253 Entendendo a luz....................................................................................................................... 253 Propagação da luz...................................................................................................................... 254 Velocidade da luz....................................................................................................................... 256 Reflexão da luz........................................................................................................................... 257 Espelhos, reflexões e imagens..................................................................................................... 258 Espelho plano............................................................................................................................. 258 Espelho côncavo......................................................................................................................... 259 Espelho convexo......................................................................................................................... 260 Atividade experimental: Periscópio..................................................................................................... 261 Rever e aplicar................................................................................................................................... 262 Refração da luz.......................................................................................................................... 264 Prismas e lentes.......................................................................................................................... 264 Rever e aplicar................................................................................................................................... 266

ELETRICIDADE.............................................................................................268 Eletrização......................................................................................................................................... 269 Condutores e isolantes............................................................................................................... 269 Em que consiste a eletrização?................................................................................................... 270 Eletrização por atrito.................................................................................................................. 270 Eletrização por contato............................................................................................................... 272 Eletrização por indução.............................................................................................................. 272 Poder das pontas........................................................................................................................ 273 O raio......................................................................................................................................... 273 Teia do conhecimento: Incidência de raios cresce 11% em média nas cidades com mais de 200 mil habitantes...................................................................................... 274 Corrente elétrica................................................................................................................................ 276

Geradores de energia elétrica............................................................................................................. 276 Circuito elétrico................................................................................................................................. 277 Tipos de circuitos elétricos.......................................................................................................... 277 Diferença de potencial....................................................................................................................... 278 Associação de pilhas................................................................................................................... 279 Resistores........................................................................................................................................... 280 Efeito Joule................................................................................................................................ 280 Teia do conhecimento: Se liga! Entenda como funcionam as lâmpadas incandescentes e fluorescentes....................................................................................... 282 Atividade experimental: Iluminando uma residência........................................................................... 284 Rever e aplicar................................................................................................................................... 286 O consumo de energia elétrica........................................................................................................... 287 Cálculo do consumo de energia elétrica..................................................................................... 288 Leitura e controle do consumo de energia elétrica...................................................................... 289 Rever e aplicar................................................................................................................................... 290 CAPÍTULO

MAGNETISMO................................................................................................291 Ímã natural e ímã artificial ................................................................................................................. 292 Fenômenos magnéticos..................................................................................................................... 292 Campo magnético da Terra........................................................................................................ 293 Substâncias magnéticas..................................................................................................................... 294 Campo magnético............................................................................................................................. 295 Atividade experimental: Construção de uma bússola.......................................................................... 296 Utilidade dos ímãs.............................................................................................................................. 297 Eletroímã.................................................................................................................................... 297 Teia do conhecimento: O GPS dos pombos........................................................................................ 298 Rever e aplicar................................................................................................................................... 299

UNIDADE 4 ECOLOGIA............................................................................................... 300 CAPÍTULO

19 CAPÍTULO

O AMBIENTE AGREDIDO...........................................................................302 Comprometimento do meio ambiente............................................................................................... 303 Planeta alterado................................................................................................................................. 304 Desmatamentos......................................................................................................................... 304 Buraco na camada de ozônio..................................................................................................... 304 Efeito estufa............................................................................................................................... 305 Chuva ácida............................................................................................................................... 306 Contaminação radioativa............................................................................................................ 307 Rever e aplicar................................................................................................................................... 308

POLUIÇÃO E SAÚDE...................................................................................309 Poluentes e seus efeitos biológicos..................................................................................................... 310 Poluentes da atmosfera.............................................................................................................. 310 Poluentes da água...................................................................................................................... 312 Poluentes do solo....................................................................................................................... 314 Rever e aplicar................................................................................................................................... 315 Medidas antipoluentes....................................................................................................................... 316 Controle da poluição do ar......................................................................................................... 316 Controle da poluição das águas.................................................................................................. 316 Controle da poluição do solo...................................................................................................... 317 Controle do uso de agrotóxicos e da emissão radioativa............................................................. 318 O futuro do planeta........................................................................................................................... 318 Rever e aplicar................................................................................................................................... 319 Bibliografia........................................................................................................................................ 320

SDO/GSFC/NASA

A padronização das unidades de medidas foi fundamental para a ampliação da pesquisa e de publicações científicas. Na imagem, vemos o quilograma-padrão.

Omikron/Photoresearchers/Latinstock

Ernesto Reghran/Pulsar

Tempestade em Londrina, PR, 2013. (Foto de fundo.)

O Sol é a nossa principal fonte de energia.

Babak Tafreshi/National Geographic Creative/Corbis/Latinstock

A nossa galáxia, a Via Láctea. Atacama, Chile, 2014.

UNIDADE 1

MATÉRIA E ENERGIA Atualmente, todo o nosso conhecimento sobre o Universo nos leva a acreditar que tudo é feito de matéria e energia. Por muito tempo, acreditou-se que o átomo era o constituinte elementar da matéria. Com a descoberta do elétron, do próton e do nêutron, verificou-se que havia partículas menores na constituição de um átomo. Hoje, sabemos que esses elementos são formados por partículas ainda menores. Mas no Universo não há só matéria: a energia também está presente. Aqui, na Terra, temos como principal fonte de energia o Sol. Seu fornecimento de calor de forma adequada possibilita a existência da vida na Terra.

1. As palavras matéria e energia são muitas vezes usadas em contextos diferentes daquele usado em Ciências. Na biblioteca da escola ou na internet, faça uma pesquisa sobre a palavra energia. Você conseguiu localizar alguma definição? Em caso positivo, escreva essa definição em seu caderno; em caso negativo, apresente as características que são atribuídas a esse conceito.

2. Você sabe o que é uma grandeza física? E uma unidade de medida? Faça uma pesquisa e descubra exemplos de grandezas físicas que são medidas em unidades distintas em diferentes países. Discuta com seus colegas se, do ponto de vista da Ciência, isso é adequado ou não.

CAPÍTULO

Matéria

Edilson Dantas/Folhapress

Gado em pastagens em General Carneiro, PR, 2014. Buda Mendes/Getty Images

Queimada em Zé Doca, MA, 2014.

Mauricio Simonetti/Pulsar

Mario Tama/Getty Images

› Pensando no seu dia a dia, procure se lembrar de situações em que você utilizou a palavra energia ou ouviu falar dela. Elabore uma lista em seu caderno com essas situações. Faça o mesmo com a palavra matéria. › Observe as imagens a seguir e, para cada uma, elabore uma lista dos elementos que você classificaria como matéria ou como energia.

Atleta praticando windsurfe na Baía de Guanabara, RJ, 2014.

Relâmpago em São Paulo, SP, 2015.

› Com todos esses elementos, crie uma definição de matéria e uma definição de energia. Compartilhe as definições com os colegas de classe.

INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA MATÉRIA Tudo o que existe no Universo conhecido se manifesta como matéria ou como energia, aspectos diferentes de uma mesma realidade. Quando falam em matéria, os cientistas se referem a tudo o que tem massa e ocupa espaço. Água, madeira, papel, borracha, pedra e ar são exemplos de matéria. Geralmente se imagina

Palê Zuppani/Pulsar

a matéria como algo sólido, mas ela também pode se apresentar como um líquido ou um gás.

B 4 mm a 8 mm

Yoko Inoue/Workbook Stock/Getty Images

Dorling Kindersley/Getty Images

A: Bexigas de aniversário. B: Inseto conhecido popularmente por joaninha. C: Mochila contendo fichário, cadernos, lápis, fone de ouvido, camiseta.

PROPRIEDADES DA MATÉRIA O que define a matéria são as suas propriedades, e cada tipo de matéria é usado em razão dessas propriedades. Assim, a madeira é usada para a fabricação de móveis porque, além de ser resistente, pode ser serrada e lixada. Como queima facilmente, é utilizada, ainda, como lenha em fornos. Na matéria distinguimos propriedades gerais e específicas.

Propriedades gerais As propriedades gerais são comuns a todo tipo de matéria e não permitem diferenciar uma matéria da outra. Elas independem da substância de que a matéria é constituída. São propriedades gerais da matéria: massa, volume, impenetrabilidade, elasticidade, compressibilidade e divisibilidade.

Massa: pode-se definir massa como a quantidade de matéria de um corpo. Assim, um

Corpo: é o mesmo que qualquer objeto, em Física.

ovo de galinha tem maior massa que um ovo de beija-flor, e 1 litro de água tem massa maior que 1 litro de ar.

miligrama (mg)

1 mg 0,001 g

grama (g)

1 g 1 000 mg

quilograma (kg)

1 kg 1 000 g

tonelada (t)

1 t 1 000 kg

Fernando Favoretto

Principais unidades de medida de massa

Volume: propriedade que a matéria tem de ocupar lugar no espaço. Observe nas fotos a seguir que o espaço deixado pela retirada de uma das caixas corresponde

A balança é utilizada para medir a massa de um corpo. Fotos: Sérgio Dotta Jr/The Next

à medida do seu volume.

A matéria ocupa espaço. Observe que em A a caixa ocupa certo volume no interior do carro. Em B, o volume da caixa foi transferido para a pilha de caixas, fora do carro.

Unidade

As cores não correspondem aos tons reais.

Relação entre as unidades

litro

1 L = 1 000 mL = 1 000 cm3

mililitro

1 mL = 1 cm3

centímetro cúbico

cm3

Repare que corpos com o mesmo volume podem ter massas diferentes, bem como corpos com volumes diferentes podem ter a mesma massa. Ilustrações: Alex Argozino

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

Símbolo

A B

A → bola de chumbo de 100 cm3 B → bola de plástico de 100 cm3 1

A → bloco de madeira de 100 cm3 B → bloco de ferro de 30 cm3 2

Em 1, duas bolas com mesmo volume e massas diferentes; em 2, dois blocos com volumes diferentes e massas iguais.

Quando comparamos 1 litro de ar com 1 litro de água, notamos que, nesse caso, ambos ocupam o mesmo volume:

Representação da propriedade da impenetrabilidade.

1 litro (1 L). Contudo, há muito mais matéria (massa) em 1 litro de água do que em 1 litro de ar. Impenetrabilidade: propriedade da matéria em que dois corpos não podem ocupar, ao mesmo tempo, o mesmo lugar no

água

espaço. Veja a figura ao lado.

chama move-se

Como se pode observar, a água colocada no recipiente ocupou o espaço que antes era do ar, empurrando-o para fora. Elasticidade: propriedade que a matéria tem de retomar seu

volume inicial, uma vez cessada a força que causa, por exemplo, a compressão. Uma esponja de banho (1), após ser comprimida (2), volta ao estado normal (3) graças à sua elasticidade. Veja a imagem abaixo. 1

Representação da elasticidade da matéria.

esponja

Compressibilidade: propriedade que a matéria possui de reduzir seu volume quando sujeita a certas pressões. O exemplo da esponja prova que, além de elástica, ela também é compressível.

• Dependendo do tipo de matéria, a compressão pode ser maior ou menor. Considere as matérias ar e água. Qual das duas você acha que é mais compressível?

Divisibilidade: a matéria pode ser dividida em porções cada vez menores. Considere uma gota de água. Essa amostra de matéria pode ser dividida em porções cada vez menores até chegar a um ponto-limite em que teríamos a menor porção de água, conservando as propriedades dessa substância: a molécula de água. Por sua vez, a molécula de água pode ainda ser dividida em seus três átomos: dois átomos de hidrogênio (H) e um

Ilustrações: Alex Argozino

átomo de oxigênio (O).

As cores não correspondem aos tons reais.

divisão

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

água gota

átomos molécula

Representação da divisibilidade da matéria.

Implícito: é o mesmo que estar envolvido, mas sem clareza.

Propriedades específicas As propriedades específicas são próprias para cada tipo de matéria e permitem diferenciar uma matéria da outra. Elas estão correlacionadas ao tipo de substância que compõe a matéria. Podemos classificá-las em propriedades organolépticas, físicas e químicas. As propriedades organolépticas podem ser percebidas pelos órgãos dos sentidos. Exemplos: cor, brilho, odor e sabor.

Propriedades físicas As propriedades físicas mais importantes são ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade absoluta, propriedade magnética, maleabilidade, ductilidade, dureza, tenacidade, calor específico, condutividade elétrica e térmica, dentre outras. Ponto de fusão: temperatura em que a substância passa da fase sólida para a fase líquida, sempre em relação a determinada pressão atmosférica. Ponto de ebulição: temperatura em que a substância passa da fase líquida para a fase gasosa, sempre em relação a determinada pressão atmosférica. As substâncias e os elementos químicos têm pontos de fusão e de ebulição específicos.

•

Neste site é possível realizar uma revisão dos estados da matéria e conhecer as propriedades do estado de plasma. São apresentadas características desse estado, seus usos e sua presença marcante na natureza. Disponível em: <http:// eba.im/a3wjgw>. Acesso em: 4 abr. 2015.

Temperaturas de fusão e de ebulição de algumas substâncias (pressão atmosférica ao nível do mar)

m (g) densidade  massa do corpo  absoluta volume do corpo V (cm3) ou D 

Substância

Ponto de fusão

Ponto de ebulição

Água

0 °C

100 °C

Álcool etílico

117 °C

78 °C

Mercúrio

39 °C

357 °C

Ferro

1 535 °C

2 750 °C

Chumbo

327 °C

1 751 °C

Fonte da tabela: LEITURAS DE FÍSICA (GREF). Física térmica. Disponível em: <http://www.if.usp.br/ gref/termo/termo3.pdf>. Acesso em: 6 abr. 2015.

Densidade de algumas substâncias

Densidade absoluta: relação entre a massa e o volume de um corpo em determinadas condições de temperatura e pressão. A massa,

Substância

Densidade em g/cm3

Água na fase sólida (gelo)

0,92

Alumínio

2,70

absoluta da água destilada (água que não possui nenhuma substância dissol-

Chumbo

11,40

vida), a 4 °C, é 1 g/cm3; a do mercúrio é 13,6 g/cm3; a do ouro, 19,3 g/cm3.

Isopor

0,01

em dada unidade de volume. É impreciso afirmar que o “chumbo

Mercúrio

13,60

pesa mais que o alumínio”, porque o volume não foi definido. Porém,

Papel comum

0,90

por exemplo, pode ser medida em grama (g) e o volume, em centímetro cúbico (cm3), como mostra o esquema ao lado. A densidade absoluta é medida em g/cm3. Por exemplo, a densidade

A densidade absoluta expressa a quantidade de matéria contida

afirmar que o chumbo tem densidade maior que o alumínio é correto, Fonte da tabela: LEITURAS DE FÍSICA (GREF). Mecânica. Disponível em: <http://www.if.usp.br/gref/mec/mec2.pdf>. Acesso em: 6 abr. 2015.

porque está implícito um volume unitário constante. Isso significa que, em qualquer volume de chumbo, há mais matéria do que no mesmo volume de alumínio. Ao lado, você tem alguns valores de densidade.

Observe o esquema a seguir. Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

azeite de oliva (d  0,92 g/cm3)

As cores não correspondem aos tons reais.

água (d  1 g/cm3)

Esquema de recipiente contendo água, azeite de oliva e um prego de ferro.

prego de ferro (d  7,9 g/cm3)

Em 1 cm3 de ferro há 7,9 g de matéria; em 1 cm3 de água há 1 g de matéria; e em 1 cm3 de azeite há 0,92 g de matéria. Portanto, o ferro concentra maior quantidade de matéria (massa) em um volume de 1 cm3 (maior densidade), e o azeite concentra menor quantidade de matéria em um volume de 1 cm3 (menor densidade). Nesse caso, o ferro afunda na água por ser mais denso, e o azeite flutua por ser 400 cm3

400 cm3

350 cm3

300 cm3

250 cm3

200 cm3

Ao pesarmos os dois líquidos, encontramos os valores de 300 g

150 cm3

para a água e 276 g para o azeite. Calcule a densidade de cada um.

100 cm3

Qual desses líquidos é o mais denso, a água ou o azeite?

50 cm3

Cálculo de densidade Vejamos como se calcula a densidade de substâncias ou materiais diferentes. Temos água e azeite de oliva, cada um colocado em uma proveta (instrumento utilizado para medir volume).

Resolução: densidade D 

1 Água massa  300 g

volume  300 cm

massa volume

Ilustrações: Alex Argozino

menos denso.

Duas provetas contendo o mesmo volume de líquidos diferentes.

então: D

300 g 300 cm3

Dágua = 1 g/cm3

2 Azeite massa  276 g

volume  300 cm3 então: D 

276 g 300 cm3

Dazeite = 0,92 g/cm3

Resposta: A água é mais densa que o azeite de oliva.

TEIA CONHECIMENTO DO TEIA DE ARANHA, UM BIOPOLÍMERO RESISTENTE E FLEXÍVEL

até 12 cm

John A. Anderson/Shutterstock.com

Aranha-do-fio-de-ouro, Nephila clavipes, uma das cinco espécies brasileiras que inspiraram o desenvolvimento da fibra artificial.

Infográfico: Yuri Vasconcelos e Ana Paula Campos/ Pesquisa FAPESP - Ilustração: Alexandre Affonso

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

Diversos produtos fabricados a partir da teia de aranha artificial.

As cores não correspondem aos tons reais.

ATIVIDADES 1 Qual é a Ciência que estuda as propriedades da matéria? Quais são as propriedades gerais da matéria? 2 O que são biopolímeros? Você já ouviu falar de algum deles? Além da fibra sintética de teia de aranha, você conhece algum biopolímero que esteja sendo produzido no Brasil? Faça uma breve pesquisa para responder a essas questões e comente-as com um colega. 3 Os pesquisadores esperam utilizar a fibra de teia de aranha para diversas funções, como fios de sutura e coletes à prova de balas. Na natureza, cite uma função desempenhada pelas teias de aranha. 4 Imagine que você tem em suas mãos uma fibra artificial de teia de aranha que possui uma massa de 650 g e uma extensão (volume) de 500 cm3. a) Calcule a densidade absoluta da teia de aranha. b) Considerando que o chumbo tem densidade absoluta igual a 11,34 g/cm3, qual dos dois materiais tem maior densidade absoluta? c) Com base no resultado do item anterior, além da maior resistência e flexibilidade, cite outra vantagem da fibra de teia de aranha em relação ao chumbo. Explique. 5 Com base nas informações apresentadas no texto, indique que propriedades físicas gerais e específicas da matéria possui a fibra sintética de teia de aranha.

Fotos: Sérgio Dotta Jr/The Next

Propriedade magnética: propriedade que a substância tem de atrair pedaços de ferro e níquel. Um exemplo de substância magnética natural é a magnetita. A magnetita é um ímã natural. Mas outras substâncias podem adquirir propriedades magnéticas, como os ímãs artificiais, constituídos de ferro, aos quais se acrescentam proporções determinadas de alumínio, níquel e cobalto. Maleabilidade: propriedade que permite à matéria ser transformada em lâminas. Toda matéria capaz de ser

Magnetita.

transformada em lâminas é considerada maleável. É o

Ímã artificial.

caso da maioria dos metais.

Ductilidade: propriedade que a maioria dos metais possui de ser dúctil, ou seja, de ser

idea for life/Shutterstock.com

transformada em fios. bergamont/Shutterstock.com

Magnetita: minério de ferro com propriedade magnética.

O metais são materiais de grande maleabilidade por serem facilmente transformados em lâminas ou placas, inclusive com detalhes artísticos.

A ductilidade também é propriedade dos metais por eles se transformarem em fios.

Dureza: resistência que a superfície de determinada substância oferece ao ser riscada por outro material. O diamante é a substância natural que apresenta maior grau de dureza, pois é capaz de riscar a si e a todas as outras substâncias, não sendo riscado por nenhuma outra. A dureza não pode ser medida em unidades como se faz para medir a massa, por exemplo. No entanto, o mineralogista alemão Friedrich Mohs criou uma escala por meio da qual se testam diferentes substâncias. Cada mineral-padrão da escala pode riscar os minerais que o

11 Talco Talco

22 Gipsita Gipsita

33 Calcita Calcita

44 Fluorita Fluorita

5 5 Apatita Apatita

66 7 7 Feldspato Quartzo Feldspato Quartzo (ortoclásio) (ortoclásio)

88 Topázio Topázio

99 10 10 Coríndon Diamante Coríndon Diamante (rubis e e (rubis safiras) safiras)

Editoria de Arte

antecedem e pode ser riscado por ele mesmo ou pelos que o sucedem.

Representação da escala de dureza de Mohs.

Tenacidade: resistência que o material oferece ao choque mecânico, isto é, ao impacto. Afirmamos que um material é tenaz quando ele resiste a forte impacto sem se quebrar.

Densidade de líquidos e de sólidos Comparar a densidade de dois líquidos. Determinar experimentalmente a densidade de líquidos e de um corpo sólido.

Material • duas provetas graduadas, idênticas e com capacidade de 500 mL; • 600 mL de água;

DOTTA2

atividade experimental

Objetivos

• 500 mL de óleo; • uma balança; • uma pedra que caiba na proveta.

Parte 1 Procedimento

Material utilizado no experimento.

A. Meça separadamente as massas das duas provetas vazias, utilizando a balança, e anote esses valores em seu caderno. B. Coloque 300 mL de água em uma das provetas e 300 mL de óleo na outra. C. Utilizando a balança, meça as massas das duas provetas que contêm água e óleo. Anote esses dois valores de massa em seu caderno. D. Do valor obtido de cada massa, subtraia o valor da massa da proveta e também anote no caderno esses novos valores.

QUESTÕES E CONCLUSÕES 1. Por que é preciso medir a massa das duas provetas vazias? 2. Em sua opinião, qual desses líquidos é o mais denso, a água ou o óleo? 3. Calcule as densidades da água e do óleo, em g/cm3. Lembre-se de que 1 mL = 1 cm3. 4. A sua previsão estava correta a respeito das densidades dos líquidos?

Parte 2 Procedimento A. Coloque 250 mL de água na proveta. B. Mergulhe a pedra na proveta e anote a nova graduação correspondente ao nível da água. C. Meça a massa da pedra na balança e anote.

QUESTÕES E CONCLUSÕES 1. O que é preciso conhecer de um corpo sólido para calcular a sua densidade? 2. A que corresponde o volume de água deslocado na proveta depois de mergulhada a pedra? 3. Quais são as informações necessárias para determinar a densidade da pedra? 4. Determine a densidade da pedra, em g/cm3.

Propriedades químicas As propriedades químicas são as responsáveis pelos tipos de Frank May/dpa/Corbis/Latinstock

transformação que cada substância é capaz de sofrer. Os processos que transformam substâncias em outras são denominados reações ou transformações químicas. Assim, o ferro, ao combinar-se com o gás oxigênio em presença de ar úmido, transforma-se em ferrugem.

Substância e mistura Analisada sob o aspecto da qualidade, a matéria é denominada

A formação da ferrugem é uma transformação química.

Sérgio Dotta Jr/The next

substância. Uma substância possui uma composição característica determinada e um conjunto definido de propriedades. A sacarose, o cloreto de sódio, a água destilada e o gás oxigênio são exemplos de substâncias. Uma substância pode ser formada por um único elemento químico, como o cobre, ou composta de dois ou mais elementos numa proporção definida, como é o caso da sacarose (42,11% da massa é de carbono, 6,48%, de hidrogênio e 51,41%, de oxigênio) e do cloreto de sódio (39,34% de sua massa é de sódio e 60,66%, de cloro). Duas ou mais substâncias agrupadas constituem uma mistura, cuja composição e propriedades são variáveis. O leite, a madeira, a água salgada, o ar, o granito e o chocolate são exemplos de misturas.

Fenômenos químicos e físicos

A queima do papel, como de qualquer outro objeto, é um fenômeno químico.

Embora nem sempre seja perceptível, a matéria, ao nosso redor,

Sacarose: açúcar da cana e da beterraba. Cloreto de sódio: sal de cozinha. Reflexão: retorno da luz ou do som ao meio inicial, depois de incidir sobre uma superfície de separação entre dois meios materiais. Interagir: agir junto.

está em contínua transformação. Algumas transformações alteram a natureza da matéria; outras, apenas a sua aparência. Considera-se fenômeno qualquer transformação da matéria. Os fenômenos podem ser químicos ou físicos. São fenômenos químicos todas as transformações da matéria com alteração de sua composição. Exemplos: a combustão do papel, a fotossíntese, a formação da ferrugem, a respiração celular, entre outros. São fenômenos físicos todas as transformações da matéria sem alteração de sua composição. Photodisc/Getty Images

Exemplos: a fusão do gelo, a ebulição da água, o acender de uma lâmpada, a queda de um corpo, a reflexão da luz, a atração de um prego por um ímã, entre outros. A Química é a ciência que estuda os fenômenos químicos. Podemos afirmar que é a ciência da transformação, a ciência que estuda as diferentes substâncias e o modo como elas interagem. A Química está presente à nossa volta o tempo todo, bem como nos laboratórios científicos e na indústria. Na agricultura serve A fusão do gelo é um fenômeno físico.

para aumentar o rendimento das colheitas e controlar as pragas.

Produtos químicos deixam limpa e potável a água que chega às nossas casas. Medicamentos, tinturas sintéticas, plásticos e tecidos são produzidos por processos químicos a partir

Thaïs Falcão

de matérias-primas da natureza.

A produção de plásticos envolve a aplicação da Química.

A Física é a ciência que estuda os fenômenos que ocorrem em todo o Universo e que procura criar modelos para representar e estudar esses fenômenos. Com a Química, ela é a responsável pelos grandes avanços tecnológicos, como as conquistas espaciais e a criação de aparelhos elétricos, eletrônicos e de som. Simulador com as mudanças de estado físico da matéria. Disponível em: <http://eba.im/krc8uy>. Acesso em: 4 abr. 2015.

NASA

Lançamento de ônibus espacial, Cabo Canaveral, Flórida, EUA (2009).

Digital Vision/Getty Images

•

A Física está presente no desenvolvimento tecnológico.

TEIA CONHECIMENTO DO VOCÊ SABIA QUE O GRAFITE E O DIAMANTE SÃO FEITOS DO MESMO MATERIAL?

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Apesar de serem materiais distintos, grafite e diamante são feitos de carbono, elemento também comum na constituição dos seres vivos. Na fotografia, amostra de grafite.

Quem diria que aquele lápis ou lapiseira que você usa na escola poderia ser um “parente” de uma pedra preciosa. Pois é isso mesmo! O grafite – ou grafita, nomenclatura mais usada pelos cientistas – e o diamante são minerais formados a partir do mesmo elemento químico. O carbono puro – elemento químico que também está presente em todos os seres vivos – é a base da formação do grafite e do diamante. Na natureza, o carbono tem seus átomos agrupados e quando expostos a fatores ambientais diferentes, como temperatura e pressão, podem ser cristalizados, ou seja, formam minerais. Porém, para a formação do grafite e do diamante no solo existem diferenças fundamentais. Na constituição do grafite é preciso ter condições de pressão e temperatura bem menores do que na do diamante, que precisa de muita compressão e calor para ser formado. Estas diferenças fazem com que o diamante e o grafite, embora formados unicamente do mesmíssimo material, sejam minerais distintos, com diferentes características. E a diferença está na estrutura. O diamante é um mineral resultante de uma ligação muito forte entre os átomos de carbono. Essa característica na constituição faz dele um mineral muito duro e, assim, com grande capacidade de riscar. Porém, ao contrário do que muitos pensam, ele não é indestrutível e pode, sim, desaparecer, se for exposto a altíssimas temperaturas, ou espatifar, se levar uma grande martelada, por exemplo. Mas o diamante tem utilidades que vão muito além da composição de joias belas e caras: ele é usado, por exemplo, na indústria, em matéria-prima de brocas de perfuração e em ferramentas de corte. O grafite, por sua vez, é o resultado de uma rede frouxa de átomos de carbono e, por isso, é mais maleável. Misturado com argila, pode ser usado nos lápis e nas lapiseiras, em tintas, em lubrificantes, entre outros produtos. [...] E do grafite submetido a altas temperaturas podem-se produzir diamantes artificiais. [...]. CHODUR, N. L. Você sabia que o grafite e o diamante são feitos do mesmo material? Ciência Hoje das Crianças, n. 192, p. 20, jul. 2008. Disponível em: <http://chc.cienciahoje.uol.com.br/multimidia/revistas/reduzidas/192/ files/assets/seo/page5.html>. Acesso em: 29 jan. 2015.

ATIVIDADES 1 Como se explica o fato de o diamante e o grafite serem formados pelo mesmo elemento, o carbono, e serem materiais completamente diferentes? 2 Na indústria, os diamantes são muito utilizados para perfurar e cortar diversos materiais. Relacione esse uso dos diamantes na indústria à propriedade da matéria que permite essa função.

REVER E APLICAR 1

Reveja a abertura deste capítulo, na página 14, e relembre o que foi discutido. Agora, considerando a definição de matéria que você elaborou e tudo o que aprendeu neste capítulo, como você redefiniria matéria?

Ilustrações: Arthur Kenji

2 Observe como um líquido é medido em uma proveta graduada.

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

olho mal colocado

olho bem colocado olho mal colocado

As cores não correspondem aos tons reais.

Representação de proveta contendo aproximadamente 8 mL de líquido.

Nesse caso, 1 mL apresenta cinco divisões. Cada divisão corresponde a 0,2 mL. Porém, nem todas as provetas são iguais. Agora responda no caderno.

a) Qual é a unidade utilizada para graduar a proveta na primeira ilustração desta página? Pesquise qual é a medida mais comum para medir volume de líquidos.

cm3

b) Qual é o volume do líquido contido em cada um dos recipientes esquematizados ao lado?

V?

c) Temos outro recipiente graduado, chamado béquer, que mede volume. A princípio, tínhamos um béquer com água até o volume

V?

Representação de duas provetas com unidades de volume diferentes, uma em cm3 e a outra em mL.

indicado em 1. Ao colocarmos uma pedra no béquer, o volume indicado passou a ser o que está representado em 2. Qual é o volume da pedra em cm3 e em mL? 1

100

Um béquer em duas situações: (1) apenas com água e (2) com água e uma pedra.

d) Qual propriedade da matéria explica a água ter subido de nível em 2? e) Se a pedra tem massa de 200 g, qual é a densidade da pedra em g/cm3?

f) Por que a pedra afunda na água? g) Se jogarmos um pedaço de cortiça (densidade de 0,32 g/cm3) no interior do recipiente, ele afundará ou flutuará? Justifique sua resposta. B

As cores não correspondem aos tons reais.

3 Há 1 litro de água no recipiente A e 1 litro de óleo no recipiente B.

Arthur Kenji

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si.

Comparando a água com o óleo: a) qual recipiente contém maior volume? Justifique sua resposta. b) qual contém mais massa? Justifique sua resposta. c) qual dos conteúdos tem maior densidade? Justifique sua resposta.

Representação de balança de pratos desequilibrada contendo duas garrafas.

4 O isopor é um material que não se dissolve na água, e sua densidade é de 0,03 g/cm3. Já o chumbo, que também não se dissolve na água, tem densidade de 11,3 g/cm3. A água, como já vimos, tem densidade de 1 g/cm3. Duas esferas pequenas, uma de isopor e outra de chumbo, têm massas diferentes, mas ocupam o mesmo volume: 2 cm3. a) Calcule a massa de cada uma das esferas. b) Qual das esferas não afunda na água? Justifique sua resposta. 5 Observe a seguinte tabela (valores obtidos ao nível do mar).

Temperaturas de fusão e de ebulição de três substâncias Substância

Ponto de fusão

Ponto de ebulição

Água

0 °C

100 °C

Álcool etílico

114 °C

78 °C

Metanol

97 °C

65 °C

Fonte da tabela: LEITURAS DE FÍSICA (GREF). Física térmica. Disponível em: <http://www.if.usp.br/ gref/termo/termo3.pdf>. Acesso em: 6 abr. 2015.

Responda qual seria o estado físico de cada uma das substâncias da tabela nas seguintes situações (na mesma pressão atmosférica do nível do mar): a) num deserto a 48 °C. b) no interior de um freezer a 18 °C. c) numa estufa a 80 °C. d) num planeta gelado a 105 °C.

Studiomode/Alamy/Latinstock

FI O

Tastyart Ltd Rob White/Getty Images

DE SA

• O que tem maior densidade: um tablete grande de manteiga ou um tablete pequeno da mesma manteiga? Justifique sua resposta.

Dois tabletes de manteiga com tamanhos diferentes.