9 ano ciencias quinteto by Editora FTD

9 Ciências Componente curricular: Ciências da Natureza

ISBN 978-85-8392-025-0

788583 920250

José Trivellato Silvia Trivellato Marcelo Motokane Júlio Foschini Lisboa Carlos Kantor

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

Anos finais do Ensino Fundamental Componente curricular: Ciências da Natureza

José Trivellato Júnior

Licenciado em Ciências Biológicas pelo Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (USP). Licenciado em Pedagogia pela Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras Nove de Julho. Mestre em Didática pela Faculdade de Educação da USP. Doutor em Educação pela USP. Professor do Ensino Fundamental e Médio em escolas das redes pública e privada do estado de São Paulo.

Silvia Luzia Frateschi Trivellato

Licenciada e Mestre em Ciências Biológicas pelo Instituto de Biociências da USP. Doutora em Didática pela Faculdade de Educação da USP. Professora de Metodologia e Prática de Ensino de Ciências e Biologia na USP.

MANUAL DO PROFESSOR

Marcelo Tadeu Motokane

Bacharel e Licenciado em Ciências Biológicas pelo Instituto de Biociências da USP. Mestre e Doutor em Educação pela Faculdade de Educação da USP. Professor da Faculdade de Ciências e Letras da USP de Ribeirão Preto.

Júlio Cezar Foschini Lisboa

Licenciado em Química pelo Instituto de Química da USP. Mestre em Ensino de Ciências pelo Instituto de Química/Faculdade de Educação da USP. Professor Titular de Química do Centro Universitário Fundação Santo André (FSA).

Carlos Aparecido Kantor

Bacharel e Licenciado em Física pelo Instituto de Física/Faculdade de Educação da USP. Bacharel em Meteorologia pelo Instituto Astronômico e Geofísico da USP. Mestre em Ensino de Ciências pelo Instituto de Física/Faculdade de Educação da USP. Doutor em Educação pela Faculdade de Educação da USP. Professor do Centro Universitário Fundação Santo André. 1ª· 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 Sandra Del Carlo, Helder Santos, Laura de Paula, Thiago Macedo de Abreu Hortêncio, 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, capa Bruno Attili Foto de capa Tim Martin/Getty Images Editor de arte Fabiano dos Santos Mariano Diagramação Sonia Alencar, Suzana Massini Tratamento de imagens Ana Isabela Pithan Maraschin, Eziquiel Racheti Ilustrações e cartografia Luís Moura, NiD Possibilidades Ilustradas, Studio Caparroz Alexandre Bueno, Allmaps Coordenadora de preparação e revisão Lilian Semenichin Preparação Claudia Anazawa, Edna Viana Revisão Líder: Izabel Cristina Rodrigues. Revisoras: Alessandra Maria R. da Silva, Caline C. Devèze, Desirée Araújo, Enymilia Guimarães, Marcella de A. Silva, Tatiana S. Jaworski Supervisora de iconografia Célia Maria Rosa de Oliveira Iconografia Rosely Ladeira, Daniel Cymbalista, Thaisi Albarracin Lima Diretor de operações e produção gráfica Reginaldo Soares Damasceno

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Ciências, 9o ano / José Trivellato Júnior...[et al.]. — 1. ed. — São Paulo : Quinteto Editorial, 2015. Outros autores: Silvia Luzia Frateschi Trivellato, Marcelo Tadeu Motokane, Júlio Cezar Foschini Lisboa, Carlos Aparecido Kantor Bibliografia. ISBN 978-85-8392-025-0 (aluno) ISBN 978-85-8392-026-7 (professor) 1. Ciências (Ensino fundamental) I. Trivellato Júnior, José. II. Trivellato, Silvia Luzia Frateschi. III. Motokane, Marcelo Tadeu. IV. Lisboa, Júlio Cezar Foschini. V. Kantor, Carlos Aparecido. 15-04058 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.

QUINTETO EDITORIAL LTDA. 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

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

Apresentação Caro aluno, O mundo que nos cerca está repleto de curiosidades que despertam nossa atenção, de fenômenos que queremos explicar e de problemas que gostaríamos de resolver. Permanentemente, buscamos conhecimento a respeito dos fenômenos observados e a solução para nossos problemas. A Ciência é parte dessa busca; é uma das maneiras pelas quais se formulam as explicações. Ela é fruto do conhecimento e da criatividade humana e está em constante aperfeiçoamento e reformulação. Aprender Ciências é conhecer algumas das explicações que já foram apresentadas pelos cientistas e maneiras de agir que levam à compreensão da natureza. É também aprender a relacionar causa e efeito, buscar evidências que nos ajudem a explicar fenômenos, fazer previsões com base em hipóteses. Nas unidades da coleção, há seções com atividades que exemplificam algumas formas pelas quais se produz conhecimento científico. Por meio da observação, da investigação, de análise de gráficos, tabelas e dados, você poderá vivenciar procedimentos que são semelhantes aos realizados nas pesquisas científicas. Conhecer Ciências é importante também para entender boa parte das questões que afetam o mundo atual. Para participarmos da sociedade como cidadãos que tomam decisões conscientes, é essencial que estejamos aptos a entender o conhecimento científico relacionado a problemas ambientais, saúde pública, produção de alimentos ou matriz energética, por exemplo. Uma seção dedicada à leitura e compreensão das particularidades dos textos científicos foi incluída em todas as unidades. Para o livro cumprir seu papel, falta você: sua leitura, a discussão com os colegas, a realização das atividades e o significado que você vai dar às informações aqui colocadas, que irão possibilitar transformar este livro no seu livro de Ciências.

Os autores

UNIDADE

Conheça seu livro

Na abertura das unidades há uma imagem significativa para o contexto a ser trabalhado articulada a questões que introduzem o tema a ser estudado e/ou orientam a leitura dessa imagem.

Os átomos e sua estrutura

Observe as imagens ao lado e responda às questões abaixo. 1. Como identificar as lâmpadas fluorescentes? E as lâmpadas incandescentes? 2. Em sua opinião, por que todos os tubos e bulbos de lâmpadas são completamente selados, de modo que evitam a entrada de ar em seu interior? Images stock/Glow

As imagens mostram diferentes modelos de lâmpadas fluorescentes e incandescentes. A maioria das lâmpadas fluorescentes é constituída por tubos e as incandescentes, por bulbos.

disfera/Shutter

A iluminação das lâmpadas incandescentes decorre do aquecimento provocado pela passagem de eletricidade no fio metálico de tungstênio que constitui o seu filamento. As lâmpadas fluorescentes, por outro lado, são conhecidas como “lâmpadas frias”. Elas não têm filamento – os tubos das lâmpadas fluorescentes contêm vapor de mercúrio sob baixíssima pressão e são revestidos internamente com um pó branco fosforescente conhecido como “phosphor” ou “pó fosfórico”. Esses tubos têm quatro pontas metálicas (duas em cada extremidade) ligadas a um circuito eletrônico conhecido como “reator” que, ao receber energia da rede elétrica, provoca interação do vapor de mercúrio com o pó branco que reveste o interior do tubo. Dessa interação resulta a emissão de luz.

NESTA UNIDADE

• Criação de modelos. • Modelo atômico de Dalton. • Natureza elétrica da matéria. • Raios X, radioatividade e estrutura do átomo. • Modelo atômico de Rutherford. Radius Images/Latinstock

Os tópicos que serão abordados na unidade vêm listados para que você os conheça previamente.

Lâmpadas fluorescentes e incandescentes.

O texto didático de apresentação dos conteúdos é acessível e articula-se a imagens para que a compreensão dos conceitos possa se dar de modo mais completo e prazeroso.

CAPÍTULO

As leis de Lavoisier e de Proust

Representação das transformações químicas Vamos retomar a transformação química que leva à obtenção do ácido acetilsalicílico, agora representando as fórmulas das substâncias envolvidas: C7H6O3

Ao analisar a transformação química envolvida na obtenção do ácido acetilsalicílico, é possível concluir que:

C4H6O3

ácido salicílico

• há, na transformação química, proporção fixa entre as massas dos reagentes, entre as massas dos produtos e também entre as massas dos reagentes e dos produtos;

anidrido acético

Essas duas conclusões são válidas para todas as transformações químicas e são conhecidas, respectivamente, como lei de Proust (lei das proporções definidas) e lei de Lavoisier (lei da conservação da massa).

7 1 4 5 11

C7H6O3 1

C4H6O3

31356 6 1 6 5 12

Em uma receita, são necessários os seguintes ingredientes para fazer um pão caseiro como o representado abaixo: • 1 1 xícara (chá) de leite morno; 4 •

1 xícara (chá) de óleo; 2

• dois ovos;

C2H4O2 ácido acético

Examinando a equação, percebe-se que os elementos químicos que constituem os reagentes dessa transformação química são os mesmos que constituem os produtos (carbono: C; hidrogênio: H; oxigênio: O). Percebe-se também que o número total de átomos desses elementos é igual nos reagentes e nos produtos. Por exemplo, estão representados nos reagentes 7 + 4 = 11 átomos de carbono e nos produtos também, ou seja, 9 + 2 = 11 átomos de carbono. Por raciocínio semelhante, chega-se a 12 átomos de hidrogênio e 6 de oxigênio.

• há conservação de massa, ou seja, a massa total das substâncias químicas que se transformam é igual à massa total das substâncias químicas produzidas na transformação.

Cada unidade terá dois capítulos.

C9H8O4 1 ácido acetilsalicílico

O esquema apresentado é uma equação química que representa a obtenção de ácido acetilsalicílico e ácido acético a partir de ácido salicílico e anidrido acético.

9 1 2 5 11

C9H8O4 1

C2H4O2

41256 8 1 4 5 12

Assim, os elementos e a quantidade de átomos que constituem os reagentes são os mesmos que constituem os produtos: há apenas um rearranjo. Para que esse rearranjo ocorra, há rompimento de ligações químicas entre átomos das moléculas que constituem os reagentes, e formam-se novas ligações entre eles, originando moléculas diferentes das iniciais e constituindo os produtos da transformação química.

• dois tabletes de fermento para pão ou um envelope de fermento biológico seco;

Como os átomos são os mesmos antes e depois da transformação química, não há “perda” ou “ganho” de massa – ela se conserva. Assim, a conservação da massa (lei de Lavoisier) pode ser interpretada pela conservação dos átomos.

• três xícaras (chá) de farinha de trigo; • uma colher (chá) de sal;

1 xícara (chá) de açúcar. • 4

De forma semelhante, a proporção fixa entre as massas de reagentes e produtos (lei de Proust) pode ser interpretada pela proporção entre as massas das moléculas que interagem e que, em última análise, são a soma das massas dos átomos que as formam.

A reação de combustão As reações de combustão são de grande importância para a obtenção de energia. Entre essas reações está a combustão do gás natural, utilizada em veículos movidos a gás (gás natural veicular – GNV), em usinas termelétricas, em caldeiras industriais e em residências que utilizam gás encanado (gás de rua). O principal constituinte do gás natural é o metano, cuja fórmula é CH4.

Pão caseiro.

Koso

urov/S

hutte

rstoc

k/Glow

Imag

O vocabulário que eventualmente acompanha o texto pode auxiliar na leitura.

1. O que evidencia a ocorrência de transformações químicas no preparo dessa receita? 2. O pão apresentará as mesmas características se as quantidades de um ou mais ingredientes forem modificadas? Justifique.

102

Alexandre Tokitaka/Pulsar

Abastecimento de um veículo com GNV.

Reação de combustão: transformação química que ocorre entre uma substância (um combustível) e um comburente (em geral, o gás oxigênio), liberando grande quantidade de energia.

Breno Fortes/CB/D.A Press

Yury

Cilindros de GNV instalados no porta-malas de um automóvel.

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Atividades Reveja 1. Que observações levam a concluir que há transformação química quando: a) um palito de fósforo é aceso? b) um ovo é frito? c) um comprimido efervescente é adicionado à água? d) uma placa de ferro é exposta ao ar e à umidade durante longo tempo? 2. Em um experimento foram obtidos 3 g de ácido acetilsalicílico. Consultando o texto “Uma transformação química na indústria farmacêutica: a produção do ácido acetilsalicílico” (página 95), responda às questões a seguir: a) Que massas de ácido salicílico e de anidrido acético devem ter se transformado?

As atividades estão divididas em duas partes: Reveja e Explique.

b) Que massa de ácido acético deve ter sido obtida? 3. Considere a frase: “As transformações químicas estão entre os processos responsáveis pela manutenção da vida no planeta.”. Justifique essa afirmação. 4. Se uma indústria conhecer as quantidades adequadas de reagentes necessárias às transformações químicas que realiza, pode ter mais lucros. Por quê?

Explique 5. No texto disponível na abertura dessa unidade, na página 90, identifique o trecho que evidencia a ocorrência de uma reação química. 6. Ainda no texto disponível na página 90, identifique e classifique os compostos citados como reagentes ou produtos. 7. A ação dos diversos medicamentos no organismo humano é decorrente de transformações químicas das quais eles participam. Dê pelo menos uma razão para justificar a importância de se utilizar a dosagem correta de medicamento e de não o utilizar ao acaso. 8. A tabela a seguir apresenta dados sobre as massas de reagentes, produtos e sobras de três experimentos que envolveram a reação de decomposição, por aquecimento, do carbonato de cálcio (reagente), formando cal viva e dióxido de carbono (produtos da decomposição). Copie a tabela em seu caderno e complete os espaços hachurados.

Experimento

Massa de carbonato de cálcio antes do aquecimento

Massa de cal viva após o aquecimento

Massa de dióxido de carbono após o aquecimento

100,0 g

56,0 g

44,0 g

56,0 g

III

Cal viva (ou cal virgem): óxido de cálcio, sólido branco usado na construção civil.

Sobra de carbonato de cálcio que não se decompôs nada 6,0 g

11,2 g

3,0 g

101

Para ler ler oo texto texto Para científico científico Microscopia às cegas [...] Nossa capacidade visual depende primordialmente do cristalino [na nomenclatura anatômica atual chamado de lente], uma espécie de lente dos nossos olhos. Essa estrutura tem suas limitações. Nas melhores condições, não podemos enxergar, a olho nu, nada menor do que dois décimos de milímetro, o que equivale a 200 micrômetros.

Trabalha procedimentos de leitura do texto científico, para que você possa aproveitá-lo ao máximo.

Topografia da área: a topografia da área de um material tem o mesmo sentido da topografia de uma região com suas formas de relevo, porém em nível microscópico, em que o “relevo” indica a posição dos átomos.

Fazer a varredura, ou seja, fazer a sonda flutuar sobre a superfície a ser analisada é um procedimento idêntico ao que o cego faz com o seu dedo para reconhecer a topografia de uma área. Um circuito eletrônico controlado pela corrente de tunelamento, que circula entre a superfície do material e a sonda, aciona um sistema mecânico que movimenta a sonda na horizontal e na vertical. Então, é possível manter a sonda sempre à mesma distância da superfície, de modo que a topografia seja eletronicamente registrada pelo seu deslocamento vertical. Esses registros são transformados em imagens [...] por meio de complexos programas computacionais. Logo se percebeu que o microscópio de tunelamento faz mais do que exibir a topografia da superfície analisada. Ele pode também mapear propriedades físico-químicas dos átomos da superfície [...]. Essa descoberta deu origem a diferentes tipos de microscópio de varredura, a começar pelo microscópio de força atômica (AFM, na sigla em inglês), também inventado por Gerd Binnig e colaboradores, poucos anos depois do STM. Diferentemente deste, o AFM é capaz de analisar também materiais não condutores e, dependendo do tipo de sonda, pode avaliar diferentes propriedades físico-químicas, além de obter a topografia superficial.

Para observar objetos nessa escala micrométrica, temos que fazer uso de microscópios, desde os mais simples, como os utilizados em laboratórios escolares (chamados de microscópios óticos de baixa resolução), até os mais sofisticados microscópios eletrônicos. Todos esses microscópios usam algum tipo de sistema de lentes para convergir luz visível (lentes óticas) ou feixes de elétrons (lentes magnéticas) e formar uma imagem perceptível a olho nu.

[...] Andrew Dunn/Alamy/Diomedia

Em 1982, o físico alemão Gerd Binnig (1947-) e o físico suíço Heinrich Rohrer (1933-) apresentaram um modelo de microscópio sem lente, trabalho que lhes valeu o Prêmio Nobel de Física de 1986. O curto intervalo de tempo entre o feito e a premiação é uma boa medida da importância atribuída à invenção. O equipamento passou a ser conhecido como microscópio de tunelamento com varredura (STM, na sigla em inglês), porque se baseia no efeito túnel, propriedade que permite que o elétron atravesse um material [...].

Leitura tátil O funcionamento do microscópio de Binnig e Rohrer assemelha-se à forma como os cegos leem. O cego percebe o mundo usando seus sentidos táteis, o que levou o francês Louis Braille (1809-1852) a criar, em 1827, o sistema de leitura que leva o seu nome. [...] Pois o microscópio de tunelamento funciona de modo inteiramente análogo a esse sistema, mas o “dedo” do microscópio (tecnicamente denominado sonda) não chega a tocar na superfície analisada. Ele fica a alguns ângstrons (o ângstrom é a décima bilionésima parte do metro), distância suficientemente pequena para permitir a troca de cargas elétricas entre a superfície e a sonda por meio do efeito túnel. Portanto, ao se aplicar uma voltagem entre a sonda e a superfície, uma corrente elétrica circula entre as duas. [...]

Imagem de impurezas em uma superfície de ferro obtida por meio de microscópio de tunelamento com varredura.

Para avaliar as unidades de medida utilizadas neste texto, considere o menor tracinho de uma régua, que equivale a 1 milímetro, que é a milésima parte do metro. Imagine esse tracinho dividido em cinco partes – cada uma dessas partes equivale aos 1,2 décimos de milímetro que podemos ver a olho nu. Agora, imagine dividir cada quinta parte do milímetro (2 décimos de milímetro) por 200. Você chegaria ao micrômetro (μm), que é a milionésima parte do metro: 1 μm = 0,000001 m, dimensão que não dá mais para ver a olho nu. O angstrom é 10 000 vezes menor do que o micrômetro que equivale a 0,0000000001 m, dimensão impossível de visualizar com microscópios de lentes, mas possível com os de tunelamento e de força atômica.

SANTOS, Carlos Alberto dos. Microscopia às cegas. Ciência Hoje, Rio de Janeiro: Instituto Ciência Hoje, 2012. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/ do-laboratorio-para-a-fabrica/microscopia-as-cegas>. Acesso em: 19 mar. 2015.

Sua vez 1. Em que aspectos o microscópio de tunelamento difere dos demais microscópios? 2. Com base no texto, é possível observar com o microscópio de tunelamento como é o átomo? Justifique.

No laboratório

2. Quantos modelos de molécula de gás nitrogênio e de gás hidrogênio você conseguiu montar com todos os grãos disponíveis? D. Desfaça todos os modelos que organizou e monte quantos modelos conseguir para representar moléculas de amônia (NH3). 3. Quantos modelos você conseguiu montar ao realizar o procedimento D?

Representando a obtenção de amônia Outra transformação química de grande importância industrial é a síntese da

4. Qual é a proporção em que devem interagir as moléculas N2 com as moléculas H2 para formar amônia? 5. Nessa transformação química, cada molécula de gás nitrogênio interage com certa quantidade de gás hidrogênio. Quantas moléculas de amônia se formam?

amônia (NH3), substância gasosa nas condições ambientais e também muito

E. Faça, agora, uma colagem para representar o que acontece com os áto-

tóxica. Dissolvida em água, forma soluções aquosas vendidas no comércio com

mos e com as moléculas na transformação química em que há produ-

o nome de amoníaco.

ção de amônia a partir de nitrogênio e hidrogênio. Utilizando os grãos e

dela se obtêm fertilizantes, medicamentos, corantes, explosivos, plásticos, entre outros produtos. Ela é obtida pela transformação química que ocorre entre o gás

a cola, faça os modelos de moléculas de reagentes e produtos, como na figura a seguir. Logo abaixo, escreva a equação química que representa a transformação química que ocorre. Fotomontagem a partir de: Jiri Hera/Shutterstock/Glow Images (feijão) e Somchai Som/Shutterstock/Glow Images (milho)

A amônia é uma das principais matérias-primas da indústria química: a partir

nitrogênio (N2), obtido do ar, e o gás hidrogênio (H2), que pode ser obtido a partir de diferentes recursos naturais: da água, do gás natural, do carvão. Com este experimento, você conseguirá representar a equação química da obtenção da amônia utilizando os conhecimentos que aprendeu até agora.

Material • uma folha de papel sulfite; • 12 grãos de feijão (que representarão átomos de hidrogênio); • quatro grãos de milho (que representarão átomos de nitrogênio); • cola branca.

Procedimento A. Coloque todos os grãos (feijão e milho) sobre a folha de papel sulfite. B. Agrupe os grãos necessários para representar uma molécula de gás nitrogênio. Essa molécula é formada por dois átomos de nitrogênio unidos entre si (N2). C. Repita o procedimento B utilizando os grãos necessários para representar uma molécula de gás hidrogênio (H2).

Registre 1. Os grãos que você agrupou ao realizar os procedimentos B e C permitem representar moléculas de amônia (NH3)? Por quê?

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Modelo representativo da equação química de formação da amônia utilizando sementes de milho e feijão, correspondendo, respectivamente, aos átomos de nitrogênio e aos de hidrogênio.

6. Na equação química que você formulou, o que indicam os números que foram escritos diante das fórmulas do gás nitrogênio, do gás hidrogênio e da amônia? Quando você desmontou todos os modelos que havia montado para representar as moléculas de gás nitrogênio e de gás hidrogênio (procedimento D), simulou o rompimento das ligações químicas entre os átomos presentes nessas moléculas. Ao agrupar os grãos para representar moléculas de amônia, simulou a formação de novas ligações entre os mesmos átomos. Você representou, assim, um exemplo de rearranjo de átomos que ocorre durante a transformação química entre gás nitrogênio (N2) e gás hidrogênio (H2) formando amônia.

109

Traz experimentos a serem realizados com foco não só na observação e nos resultados, mas principalmente nos aspectos procedimentais.

As Ciências da Natureza estão presentes nas diversas modalidades da Arte, não só propiciando o desenvolvimento e aprimoramento dos materiais utilizados em pinturas e esculturas, mas também na conservação e na restauração de obras de arte, na arquitetura, entre outras. Serve ainda como fonte de ideias, de contextos e até de conteúdos conceituais obrasem literárias, cinematográficas, Destilaria para de álcool Cerqueira César, SP, 2014. televisivas e teatrais.

A em destilação também é utilizada para a obtenção do álcool comum (álcool 1. Escolha alguma escultura (ou outro objeto de arte) existente sua cidade e procure descobrir com que materiais ela foi feita. Para isso,hidratado você poderá etílico ou etanol hidratado) após a fermentação do açúcar. O etanol perguntar a outras pessoas ou entrar no site oficial da Prefeitura Municipal e hidratado é uma mistura que contém no máximo 96% em volume do álcool. verificar se há informações a respeito. Os 4% restantes são de água. Não se consegue obter álcool puro somente

2. Você já leu algum livro ou assistiu a algum filme, desenho animado, peça de com a destilação. Isso porque, nessa proporção, a mistura comporta-se como teatro, programa ou seriado de TV em que estivessem presentes assuntos rese fosserelate umapara única lacionados com as Ciências da Natureza? Em caso afirmativo, o substância química – os dois componentes destilam junÉ claro que, se olharmos atrás do espelho, não veremos imagem alguma; ela professor e seus colegas. tos, à mesma temperatura. Essa mistura é denominada mistura azeotrópica

simplesmente parece estar lá. Essa impressão tão forte que é comum obser(ver boxe aéseguir). varmos animais “atacando” a própria imagem em um espelho, talvez imaginando que se trata de um rival. Misturas azeotrópicas

B.G./Science Source/Diomedia

Líquidos e sólidos de diferentes densidades

Considerando os dados dos três experimentos (I, II e III) indic

Misturas líquidas que apresentam uma temperatura de ebulição definida, comportando-se dro da página anterior, responda às questões a seguir. Neste experimento você poderá colocar em prática seuscomo conhecimentos se fossem umaa única substância, são denominadas misturas azeotrópicas. respeito da densidade de sólidos e líquidos. Assim, para separar os componentes de misturas desse tipo, devem serque utilizados outroscom o valor das massas dos produtos ao serem 1. O acontece métodos de separação. No caso da mistura azeotrópica álcool-água, utiliza-se umdos secante, Secante: substância que massas reagentes? Material absorve água. como a cal viva (óxido de cálcio, CaO), que interage com a água formando cal hidratada • um recipiente de 250 mL com tampa de rosca; 2. Se forem transformados 7 g de ácido salicílico e 5 g de anidrido Anidro: sem água. (hidróxido de cálcio, Ca(OH)2) e “secando” o álcool. Obtém-se assim o etanol anidro, ou massa de ácido acetilsalicílico deve ser obtida? E de ácido acétic • 50 mL de óleo de cozinha;Antidetonante: substância simplesmente etanol, ou álcool etílico, ou ainda álcool etílico absoluto. É o etanol anidro, adicionada à gasolina para • 50 mL de água; 3. Que de ácido salicílico deve interagir com 15 g de an comumente divulgado como álcool anidro, que é adicionado à gasolina com duplamassa função: evitar evitar sua combustão antes • 50 mL de mel; a transformação química seja completa (não sobre a “batida de pinos” dos motores (antidetonante) e diminuir a poluição dopara ar porque monóxido de da hora, o que provocaria transformar)? carbono (CO) nas grandes cidades. • uma bolinha de gude; falhas no funcionamento do

São propostas questões destinadas Traz informações complementares Aqui você vai encontrar motor de pinos”). • Que outras misturas azeotrópicas você consegue perceber no dia a dia? • um pedaço de vela com 1,5 cm(“batida de espessura. 4. Qual é a soma, em cada um dos experimentos, das massas dos r a promover a reﬂexão, a trabalhar ou remete a fontes para propostas experimentos factíveis em sala de se transformaram em produtos? Procedimento com linguagens gráficas, a fazer de pesquisa. A seção @Explore aula, que demandam materiais 1. Antes da montagem, faça 5. Qual é a soma das massas dos produtos de cada um dos três ex 80uma previsão: qual dos líquidos é o mais denso? E o interpretações de dados ou a sempre apresenta indicação de simples e menos uma denso? previsão de tempo 6. Comparando os valores encontrados nas questões 4 e 5, a que co propor explicações com base nas de A.execução breve. linksdodavidro internet. Para verificar se sua previsão está correta, coloque no fundo o chegou? líquido que você considerou mais denso. Depois, incline um pouco o vidro informações fornecidas. e, lentamente, coloque o líquido que, na sua previsão, possui densidade intermediária.

Examine agora o quadro seguinte, que fornece dados sobre m mentos (IV e V) com as mesmas substâncias químicas. Nesses d tos, houve sobra de reagentes sem se transformar.

B. E, por fim, também maneira no lenta, coloque o líquido que um considerou Ao observar suadeimagem espelho, muitas vezes menos denso. animal a ataca imaginando ser outro animal. 2. CIÊNCIAS Antes de colocar os objetos sólidos, faça uma previsão do que acontecerá com E ARTE eles e anote.A imagem de um objeto que vemos refletida em um

Outras reações de diferentes proporções e ácido salicílico e anidrido acético

Os elementos da imagem estão fora de escala de tamanho entre si.

Reagentes

Experimento Ácido As cores não correspondem aos tons reais.Anidrido salicílico

acético

contextos e até de conteúdos conceituais para obras literárias, cinematográficas, 29 figura bem conhecida na história dos instrumentos 160 g 100 g IV televisivas e teatrais. Estes selos indicam que as científicos, pois os descendentes de seus experimentos, 1. Escolha alguma escultura (ou outro objeto de arte) existente em sua cidade ilustrações representadas 280 g 300com g V o tubo de você Geissler e a bomba de mercúrio, ainda podem serforam e procure descobrir com que materiais ela foi feita. Para isso, poderá cores diferentes das reais ou que os em uso. a mulher-gorila perguntar Monga, a outras pessoas ou entrar no site oficial da vistos Prefeitura Municipal e verificarum se hádiálogo informações a respeito. Apresenta contextos Estabelece entre diferentes elementos das imagens no entanto, uma A transformação de uma mulher em gorila é umGeissler, truque que foi muitopassou utilizado emdécada parquesde sua vida como um “caixeiro-

Produtos 1855. Science Museum, London/Diomedia

espelho plano tem as Contribuições dascoloque Ciências na Arte C. Commesmas cuidado, os objetos, um amesmo um, no vidro e, mais uma vez, veQuem foi diretamente, Geissler dimensões desse objeto visto sem a reflexão no rifique seda suaNatureza previsão estava As Ciências estão correta. presentes nas diversas modalidades da Arte, espelho. oAssim, dizemos eque a imagem de um objeto formada por um espelho Heinrich Geissler [(1814-1879)] não só propiciando desenvolvimento aprimoramento dos materiais utiliza3. Algum dos objetos sólidos flutuou? Em qual líquido teria flutuado? plano, a qual tem as mesmas dimensões do objeto, encontra-se do espedos em pinturas e esculturas, mas também na conservação e na restauração de nasceu [...] em um vilarejo de atrás Igelshieb, obras de arte, entre outras. como fonte de deespelho. lho na e aarquitetura, uma distância igual Serve à queainda o objeto se encontra do no estado de ideias, Turínguia, na Alemanha. É uma

Ácido acetilsalicílico

Ácido acético

180 g

60 g

360 g

120 g

Um dos modelos de

2. Você já leudealgum ou assistiu algum filme, vê-se desenho peça que deinstrumentos históricos importantes tópicos de Ciências elivro deNesse outras namostras mesma de de Geissler, criado -viajante”, fabricando e, em posteriormente, fazendo emescala tubo diversão. truque,a inicialmente, umaanimado, bonita mulher separa movimenta um não estão teatro, programa ou seriado de TV em que estivessem presentes assuntos reem 1855. cidades como Bonn, uma nova cidade universitária comou grande demanda entre alguns conteúdos. disciplinas ou áreas tamanho de distância si. ambiente parcialmente escurecido. Em dado momento, ela fica imóvel em um canto e começa lacionados com as Ciências da Natureza? Em caso afirmativo, relate para o Considerando os dados dos experimentos IV e V, indicados no de instrumentos laboratoriais. Lá, Geissler trabalhou junto a químicos, físia transformar-se. Em alguns segundos, ela se torna um gorila agressivo e ameaçador. do conhecimento. professor e seus colegas. ma, resolva as atividades a seguir.

fisiologistas mineralogistas Acesse o link <http://eba.im/fqtrin> (acessocos, em:médicos, 23 jan. 2015), leia o etexto e veja como[...]. o A partir de 1855, participou 1. Somemedalhas as massas regularmente de mostras envolvendo vários países, ganhando e dos reagentes que efetivamente se transforma truque é realizado. um dos experimentos. outros prêmios pelos seus aparatos científicos. Com relação a esse truque, responda:

2. tarde, Some também as massas dos produtos obtidos nos experimentos Geissler fez alguns tubos que ficaram conhecidos, mais como “tuconclusão você chegou? bos de Geissler”, lâmpadas ornamentais, em 1857. A produção em larga esLíquidos e2.sólidos diferentes densidades Por que de nosso cérebro é iludido? 3. de QueHeinrich. massa de cala desses instrumentos começou em 1880, após a morte Foianidrido acético deveria ser utilizada no experim Neste experimento você poderá colocar em prática seus conhecimentos a que não sobrasse ácido salicílico sem reagir? enterrado em 1879, na cidade onde trabalhava, em Bonn, Alemanha. respeito da densidade de sólidos e líquidos. 4. Que massa de ácido salicílico deveria ser utilizada no experimen PIERES, Adriano; DALT, Silvana da. Quem foi Geissler. Raios catódicos. Espelhos e lentes não sobrasse anidrido acético sem reagir? Espelho Porto Alegre: UFRGS, 2011. Disponível em: <http://www.ufrgs.br/sead/ Material

É claro que, se olharmos atrás do espelho, não veremos imagem alguma; ela simplesmente parece estar lá. Essa impressão é tão forte que é comum observarmos animais “atacando” a própria imagem em um espelho, talvez imaginando que se trata de um rival.

Editora Cosac & Naify

CAPÍTULO

INDICAÇÕES

1. Qual é o principal fenômeno óptico utilizado?

publicacoes/documentos/livro-raios-catodicos-1>. Acesso em: 18 mar. 2015. B.G./Science Source/Diomedia

LEE,250 Suzy. São Paulo: Cosac Naify, 2010. Conta a história de uma • um recipiente de mLEspelho. com tampa de rosca; Os tubosvez. deDesenvolve-se neon, muito utilizados em anúncios luminosos, têm como precurgarota que se vê diante de um espelho pela• primeira uma • 50 mL de óleo de cozinha; o tubo de Geissler. Faça uma breve pesquisa a respeito do funcionamento narrativa da relação simbólica entre o ser humanosore seu reflexo. • 50 mL de água; dos tubos de neon e indique as semelhanças com o tubo de Geissler. • 50 mL de mel; • Você saberia dizer qual é o fenômeno predominante no funcionamento dos espelhos? E o predominante no das lentes?

Dispositivo: aparelho, equipamento ou mecanismo utilizado para a obtenção de certo fim.

Diariamente temos contato com diversos dispositivos que aproveitam os fenômenos e as propriedades relacionados à luz. Os óculos e os espelhos são exemplos, pois utilizam, respectivamente, a refração e a reflexão da luz. Há instrumentos mais complexos, como as máquinas fotográficas, os telescópios e os microscópios, que fazem uso de combinações de lentes e espelhos no seu funcionamento.

• uma bolinha de gude;

223 O modelo atômico de Thomson também poderia explicar, na época, por que os metais conduzem a corrente elétrica: os elétrons seriam arrancados dos átoProcedimento mos – quando o metal fosse submetido a tensões elétricas –, movimentando-se Indicações de 1. Antes da montagem, faça uma previsão: qual dos líquidos é o mais Eo em direção ao denso? polo positivo da fonte de energia. O lugar desses elétrons seria livros, ﬁlmes e Monga, a mulher-gorila menos denso? tomado por outros provenientes do polo negativo da fonte. músicas vêm A. Para verificar se sua previsão está correta, coloque no fundo do vidro o líquido que você considerou mais denso. Depois, incline um pouco o vidro sinalizadas por e, lentamente, coloque o líquido que, na sua previsão, possui densidade ícones que reﬂetem intermediária. • um pedaço de Espelhos vela complanos 1,5 cm de espessura. Denominamos espelho uma superfície na qual o fenômeno óptico predominante é a reflexão regular da luz. Se a superfície refletora for plana, dizemos que o espelho é plano. Ao refletir a luz que incide sobre si, um espelho propicia a formação de imagens.

Luís Moura

Os elementos da imagem estão fora de escala de tamanho entre si. As cores não correspondem aos tons reais.

Para ver a imagem de um objeto formada por um espelho, a luz proveniente do objeto deve refletir no espelho e chegar até os olhos do observador. É necessário ainda que o observador esteja em um local que lhe permita receber a luz proveniente do objeto depois de ser refletida no espelho. Tudo se passa como se a luz viesse de um objeto idêntico e localizado atrás do espelho. Por isso, dizemos que a imagem se forma atrás do espelho.

Ao observar sua imagem no espelho, muitas vezes um animal a ataca imaginando ser outro animal.

A imagem de um objeto que vemos refletida em um espelho plano tem as mesmas dimensões desse mesmo objeto visto diretamente, sem a reflexão no espelho. Assim, dizemos que a imagem de um objeto formada por um espelho plano, a qual tem as mesmas dimensões do objeto, encontra-se atrás do espelho e a uma distância igual à que o objeto se encontra do espelho.

A transformação de uma mulher em gorila é um truque que foi muito utilizado em parques de diversão. Nesse truque, inicialmente, vê-se uma bonita mulher que se movimenta em um ambiente parcialmente escurecido. Em dado momento, ela fica imóvel em um canto e começa a transformar-se. Em alguns segundos, ela se torna um gorila agressivo e ameaçador. Acesse o link <http://eba.im/fqtrin> (acesso em: 23 jan. 2015), leia o texto e veja como o truque é realizado. Com relação a esse truque, responda:

Raios X, radioatividade B. E, por fim, também de maneira lenta, coloquee o líquido que considerou do átomo estrutura Se não for possível levar os alunos à sala de informática da escola, sugerimos que você leve para a aula uma cópia do texto disponível no link. link

Espelho

objeto

espelho

imagem

Ao observar um objeto refletido em um espelho, tem-se a impressão de que há outro objeto idêntico a ele atrás do espelho: é a sua imagem.

LEE, Suzy. Espelho. São Paulo: Cosac Naify, 2010. Conta a história de uma garota que se vê diante de um espelho pela primeira vez. Desenvolve-se uma narrativa da relação simbólica entre o ser humano e seu reflexo.

& Naify

2. Por que nosso cérebro é iludido?

Editora Cosac

1. Qual é o principal fenômeno óptico utilizado?

a natureza de cada sugestão.

menos denso. 222 223 Algumas propriedades da maioria dos metais, como brilho, opacidade, male2. Antes de colocar os objetos sólidos, faça uma previsão do que acontecerá com abilidade, ductilidade e alta densidade, eram explicadas pelo fato de eles serem eles e anote. constituídos por átomos muito próximos entre si, propiciando grande “empacotaC. Com cuidado, coloque os objetos, um a um, no vidro e, mais uma vez, vemento”, que nem mesmo raios X (radiação de alta energia) conseguiam ultrapasrifique se sua previsão estava correta.

sar. Isso é bem notado na primeira chapa de raios X, produzida pelo físico alemão 3. Algum dos objetos sólidos flutuou? Em qual líquido teria flutuado? Wilhelm Konrad Roentgen (1845-1923).

O perigo das cargas químicas nas estradas

Se tiver oportunidade, assista aos vídeos indicados nos links a seguir sobr AS AÇÕES para evitar acidentes com produtos químicos nas estradas. Re <http://eba.im/g2mmsc>. Acesso em: 30 abr. 2015. BOMBEIROS combatem vazamento de amônia numa loja de materiais h <http://eba.im/mvtfi3>. Acesso em: 30 abr. 2015. CAMINHÃO com amônia tomba no anel viário de Vitória da Conquista <http://eba.im/rn2sqo>. Acesso em: 30 abr. 2015.

Quiz sobre transformações químicas

Os perigos nos produtos de limpeza

Transformações químicas desejáveis e indesejáveis

Nesta unidade, pudemos perceber que as transformações químicas acontecem ao nosso redor o tempo É evidente existem transformações químicas que querem Grandeeparte dos acidentesdas domésticos, que podem até levar à morte, ocorre pelo usoque e armatodo. Utilizando as informações estudadas, tais como o reconhecimento a representação transformaoutras que, ao contrário, não gostaríamos que ocorressem. zenamento inadequados dos produtos de limpeza. Leia os textos seguintes: ções químicas, as transformações que envolvem o ácido acetilsalicílico e as leis de Lavoisier e de Proust, Reúna-se com seus colegas de grupo e façam uma lista de t faça, com seus colegas de grupo, um quiz, questionário com perguntas [...]e respostas que avaliam o domínio desejáveis e uma lista de transformações químicas que considere de determinado assunto. Misturar os produtos para limpeza: sabão em pó, amoníaco, águacada sanitária, sificaram transformação como desejável ou indesejável. Criem perguntas que desafiem seus colegas a pesquisarem as respostas. Vocês podem inserir imagens criadas essas listas, reflitam sobre elas, de modo que e utilizar desta mistura para higienizar ambientes fechadosUma comovez banheiros para ilustrar as questões e deixá-las visivelmente mais atrativas. Existem sites em que é possível construir uma é muito comum. No entanto, reação química proveniente datransformação junção destas que classificaram como indesejável e vice-v seu próprio quiz, inserindo as perguntas e as respostas. Quando seus colegas responderem, eles já asaberão deterioram os alimentos são sempre indesejáveis? substâncias se manifesta com o aparecimento de uma fumaça asfixiante; em se acertaram ou não a questão. instantes ela afeta olhos, nariz, e pode levar à perda do olfato e visão. Veja, por exemplo, o link <http://eba.im/2zg3ua> (acesso em: poucos 20 mar. 2015).

Aqui você poderá desenvolver e pôr em prática habilidades para o trabalho com mídias e ferramentas digitais diversas.

Propicia[...] a reflexão sobre valores. Traz questões para debate, 104 ALVES, Líria. Os perigos nos produtos de limpeza. Cuidados com produtos químicos. Normalmente proposta para ser propiciando a você e a seus Brasil Escola, 2012. Disponível em: <http://www.brasilescola.com/quimica/ em: 20 mar. 2015. de praticar feita em duplas, trios ou cuidados-com-produtos-quimicos.htm>. grupos. colegasAcesso a oportunidade estratégias de argumentação. [...] Produtos de limpeza, desinfetantes, germicidas, entre outros, podem

Atividades

causar sérios danos à saúde se cuidados especiais para o uso, armazenamento e descarte, não forem observados.

Reveja

Esses produtos, em geral, apresentam um conteúdo ou embalagem co1. Considere a transformação química representada pela seguinte equação química: lorida que naturalmente atraem as crianças, que podem confundi-los com

C12H22O11 1 12 O2

12 CO2 1 11 H2O

Pensar, fazer, alimentos e ingeri-los. Os cheiros agradáveis também disfarçam o perigo. Por compartilhar isso, é importante mantê-los longe do alcance das crianças. • Que tipo de radiação eletromagnética a Terra transmite para o espaço?

an km W er ld to Ber

Imagens: Bobb Klissourski/Shutterstock/Glow Images

n/S h Glo utt w erst Im oc ag k/ es

• O que é efeito estufa? Qual é a sua causa?

• O efeito estufa é prejudicial à vida na Terra? a) Que elementos químicos constituem os reagentes dessa transformação? Eles são os mesmos que • Qual é a relação entre os elementos constituintes do ambiente e o efeito estufa? constituem os produtos? Aquecimento global • O que é aquecimento global? Quais são as suas causas? Quais clandessão os seus efeitos? Outro grave problema são os produtos vendidos em embalagens • Como os processos de transferência de calor estão relacionados ao aqueciO que você vai fazer mento global? b) Conte o número total de átomos de carbono, de hidrogênio e dee,oxigênio representados nasEm fórmutinas portanto, inadequadas. geral são comercializados por ambulantes • Quais são as propostas para o controle das causas do aquecimento global? O aquecimento global é um tema que precisa ser examinado com muito cuidado. Suas consequências sobre o clima e a velocidade de seu avanço são temas de mui• Quais as implicações econômicas e sociais associadas a essas propostas? las que indicam as moléculas dos reagentes. Faça o mesmo para as moléculas dos produtos. em caminhões. Oscom recipientes tas pesquisas. É evidente a preocupação o assunto, considerando quesão muitas embalagens reaproveitadas de produtos de Projetos de trabalho Vocês podem considerar outras questões que surjam durante a pesquisa, reuniões são promovidas por órgãos das Nações Unidas para discutir esse problema. além das propostas, ou ainda analisar as imagens apresentadas nestas páginas A que conclusão você chegou? Nessas reuniões, à conclusão de que, tendo em vista o aumento da sobre aquecimento global e efeito estufa, verificando o que está correto ou não. limpeza jáchegou-se descartados ou mesmo de refrigerantes, não possuem registro do

Imagem ilustrativa da Terra e o efeito estufa.

para serem desenvolvidos 2. Copie no caderno a equação química abaixo, que representa a obtenção metalsua zinco (Zn) tendoé inadequada e não possuem rótulo, Ministério da do Saúde, formulação aoo óxido longo do ano. como base de zinco (ZnO), e substitua os símbolos pelos coeficientes estequiométricos corretos emissão de gás carbônico na atmosfera e a redução evidente das florestas, o ser humano passou a influir no clima planetário e não apenas local ou regionalmente. Dessa forma, tornou-se necessário um controle sobre as emissões desse gás na atmosfera, bem como ações contra a destruição de florestas. No entanto, essas medidas envolvem muitos fatores, e não é fácil chegar a um acordo.

Comunique o trabalho portanto, não apresentam as informações necessárias sobre sua composição e risco, o que dificulta o socorro no caso de intoxicação. Organize o trabalho Você e seus colegas vão, agora, elaborar um projeto cujo objetivo é apresentar as causas do aquecimento global e apontar as medidas para controlá-las.

antes de cada fórmula de reagentes e de produtos.

& Zn 1que $ CO [...] cada integrante sabe a respeito de aquecimento global e registrem em forma 2

@ ZnO 1 # C

Para executar o projeto, reúna-se com seu grupo e façam um levantamento do

Imagens figurativas da Terra sofrendo o aquecimento global.

Explique

Produzam um texto que sintetize a pesquisa e o apresentem ao professor. Não se esqueça de mostrar também o material com os conhecimentos prévios dos integrantes.

de texto ou desenhos. Organizem o trabalho da equipe, definindo as tarefas de cada integrante. Peçam a cada integrante que elabore o registro de seus conhecimentos iniciais. Organizem esse material para apresentá-lo no final do trabalho e, assim, avaliar o que mudou nos conhecimentos de cada integrante a respeito do tema.

Após a verificação das pesquisas pelo professor, será realizada uma seção de apresentação dos trabalhos dos grupos, seguida de um debate no qual se discutirão as ações propostas para o controle das causas do aquecimento global e suas implicações.

Avalie o trabalho O grupo deve discutir os resultados de seu trabalho e compará-los com os dos

demais grupos. Podem ser aspectos como: FUNDAÇÃO PROCON. Cuidado com os produtos deverificados limpeza e desinfetantes. • alguma falha teórica nas explicações; São Paulo, 2012. Disponível em: <http://educaproconsp.blogspot.com.br/2012/10/ • algum ponto importante não abordado no trabalho; Pesquisem em diversas fontes de informação, tais como jornais, livros, revis• aplicações dos conhecimentos iniciais dos em: integrantes de Acesso 20da equipe mar.a respeito 2015. tas e internet, para buscar as respostas das cuidado-com-os-produtos-de-limpeza.html>. questões propostas nesta atividade.

Grande alagamento em região com muita vegetação degradada. Porto Velho, RO, 2014.

pan_kung/Shutterstock/Glow Images

Emissão de poluentes por indústria.

Mario Friedlander/Pulsar

aquecimento global. • Que tipoao de radiação eletromagnética proveniente 3. Uma fita de magnésio (Mg) de massa igual a 0,24 g foi queimada ar (reação comdoOSol2chega doà Terra? ar), emitindo uma luz branca muito intensa e transformando-se em •um pó base branco (óxidodos dedois magnésio, MgO), como os produtos de limpeza são adquiridos, Com na leitura textos, verifique como único produto da transformação. A massa desse pó foi de 0,40 g.e Sendo assim, às que é feito para evitar risco de acidentes? Se armazenados utilizados em suaresponda casa. Há algo questões a seguir. não houver, que ações você propõe? Discuta com os seus colegas e explique sua proposta.

a) Escreva a equação química balanceada que representa a queima do magnésio pelo oxigênio do ar. b) Calcule a massa de oxigênio que reagiu. Diversidade de 209 produtos de limpeza.

1. (Saresp)

Mãe e filha morrem após choque elétrico A professora Ivonete Borges Rigo, 35, e a filha, de 4 meses, morreram após levar um choque elétrico com um secador de cabelos. O acidente aconteceu na terça-feira, em Tubarão (SC), no banheiro da casa da família. [...] Familiares acreditam que o secador tenha caído na pia úmida e, ao pegá-lo, Ivonete recebeu a descarga elétrica que também atingiu a filha. Fonte: O Tempo Online. 14/08/2008. Disponível em: <www.otempo.com.br/otempo/noticias/ ?IdEdicao=1018&IdCanal=7&IdSubCanal= &IdNoticia=87677&IdTipoNoticia=1>. Acesso em: 16 ago. 2008.

Este acidente poderia ter sido evitado se: a) o secador de cabelos fosse a pilha. b) o secador de cabelos tivesse voltagem menor. c) a pia estivesse cheia de água para desligar o aparelho.

Resolva as atividades a seguir no caderno. A forma correta de representar essas substâncias é: a) HSO4; C2N10O2 b) 2HS4O; C2N4H10O2

Dados:

c) H2SO4; C4N10H20

Massa da bolinha = 1 g

d) H2SO4; C2N4H10O2

Densidade da bolinha = 1 g/cm3

3. (Saresp) Quando se prepara suco de laranja, espremendo-a, obtém-se uma solução conhecida como suco “concentrado”, por ter a quantidade máxima de constituintes, num dado volume. É este o significado da indicação “suco 100%” nas embalagens. Não significa que a mistura não contém água, pois ela existe já no próprio fruto. Quando se adiciona água ao suco obtido da laranja, a solução fica diluída, ou seja, de menor concentração. Num rótulo de suco de laranja têm-se as seguintes informações:

Carbono

Enxofre

Hidrogênio

Nitrogênio

Oxigênio

O ácido sulfúrico é uma substância composta por 2 elementos de hidrogênio para um elemento de enxofre para 4 elementos de oxigênio, e a cafeína é uma substância composta por 2 elementos de carbono, 4 de nitrogênio, 10 de hidrogênio e 2 de oxigênio.

236

Água 5 1,00 g/cm3 Ácido sulfúrico 5 1,84 g/cm

Acetona 5 0,79 g/cm3

Ordene, fazendo uso dos dados apresentados, os líquidos presentes em cada proveta, obedecendo à sequência: proveta I, proveta II e proveta III. a) Água, ácido sulfúrico e acetona.

105

destilação transformam-no em álcool hidratado ou anidro (puro). A cana-de-açúcar não é a única matéria-prima existente para a produção de álcool combustível. Em outros países, ele é extraído do milho, da beterraba e até da madeira, de onde é feito o metanol. A cana, no entanto, é o vegetal mais eficiente para a produção do etanol. No Brasil, ela encontra condições ideais de clima e solo. O ETANOL: O biocombustível de maior produtividade no mundo. Veja on-line, São Paulo, [2007]. Disponível em: <http://veja.abril.com.br/idade/exclusivo/energias_alternativas/ contexto2.html>. Acesso em: 23 mar. 2015.

Ao final do livro, você poderá testar seus conhecimentos em atividades extraídas de avaliações oficiais diversas.

Assinale a alternativa que contém duas transformações químicas citadas no texto. a) Picar e triturar o caule da cana e filtrar o caldo de cana. b) Queimar o bagaço e fermentar o caldo para a formação do álcool. c) Destilar o álcool bruto e queimar o bagaço. d) Filtrar o caldo de cana e fermentar o caldo para a formação do álcool. 6. (Saresp) Com a ajuda da legenda, analise a estrutura da molécula de etanol (álcool etílico) a seguir.

c) Acetona, água e ácido sulfúrico. C = carbono

d) Ácido sulfúrico, acetona e água.

Bebida de laranja para toda a família, refrescante para todo dia.

Símbolo

Densidade dos líquidos

b) Água, acetona e ácido sulfúrico.

SUCO DE LARANJA X

d) o aparelho tivesse sido tirado da tomada antes de tentar recuperá-lo. 2. (Saresp) Considere as informações presentes na tabela. Elemento

4. (Saresp) Um determinado material esférico foi introduzido em 3 provetas, identificadas como I, II e III, contendo cada uma delas volumes iguais das substâncias: água, ácido sulfúrico e acetona. Foi observado que, na proveta I, a bolinha (material esférico) ficou no meio do líquido; na proveta II, afundou; e na proveta III, ela flutuou.

5. (Saresp) Leia o texto a seguir.

Modo de preparo Diluir uma porção de suco X em nove porções de água. Mexer bem.

Para preparar 1,5 L deste suco, precisamos medir Quantidade de SUCO (mL)

Quantidade de ÁGUA (mL)

150

1 350

150

100

900

300

1 800

850

No Brasil, o álcool combustível é produzido a partir da cana-de-açúcar, que pode ser colhida mecanicamente, com o uso de máquinas colheitadeiras, ou manualmente, queimando-se a palha que envolve a base do vegetal e cortando-se o caule. Este caule da cana é picado e triturado nas moendas das usinas e libera o caldo que serve de matéria-prima para a produção do etanol. O bagaço que sobra da moagem é queimado para produzir a eletricidade utilizada pela usina. Após ser filtrado, o caldo é fermentado com uma mistura composta de leite de levedura, água e ácido sulfúrico. Da fermentação ele é centrifugado e bombeado para colunas de destilação, onde é aquecido até 90 ºC e transformado em álcool bruto. Novos processos de

O = oxigênio

H = hidrogênio

Editoria de arte

Avaliações oficiais

Geo-grafika/Shutterstock/Glow Images

208 do gás de botijão (gás liquefeito de petróleo – 4. O butano (fórmula C4H10) é um dos principais componentes GLP). Escreva a equação química balanceada que representa a combustão completa do butano (reação com oxigênio, O2), produzindo dióxido de carbono e água.

molécula de etanol

Assinale a opção que representa a fórmula química do etanol. a) C2HO6 b) COH c) CH6O d) C2H6O

237

Tudo isso que você viu faz parte do livro em que você vai estudar Ciências neste ano. Bom trabalho!

Sumário UNIDADE 1 Materiais: propriedades e constituição 12 Capítulo 1 – Os materiais e suas propriedades | 14 Propriedades gerais e específicas dos materiais | 15 Propriedades relacionadas à ação da luz | 16 Cor | 17

Para ler o texto científico De Empédocles a Lavoisier | 37

No laboratório Comparando massas e volumes de água e de álcool | 38

UNIDADE 2 Os átomos e sua estrutura

Determinação da densidade de líquidos | 24

@Multiletramentos L inha do tempo sobre os avanços nas teorias científicas | 46

Determinação da densidade de sólidos | 24

As ideias mudam... e continuam a mudar! | 47

Densidade e flutuabilidade dos corpos na água e no ar | 26

Fórum É necessário ver para acreditar? | 48

Densidade: relação entre massa e volume | 23

Rede do tempo O problema de Arquimedes | 28 @Multiletramentos C onhecimentos científicos em uma história de suspense | 28 Ciências e Arte C ontribuições das Ciências na Arte | 29 Experimento da hora L íquidos e sólidos de diferentes densidades | 29 Atividades | 30

Capítulo 2 – Constituição dos materiais | 31 Substâncias e misturas | 32

Atividades | 48

Para ler o texto científico Refinarias flex podem

@Explore Usos de radioisótopos | 58

ajudar na transição para economia de baixo carbono | 87

Atividades | 59

Para ler o texto científico Microscopia às cegas | 60 No laboratório É estável ou radioativo? | 62

No laboratório A extração de óleo vegetal | 88

UNIDADE 3

UNIDADE 4

Poucos elementos, muitas substâncias e misturas

Transformações químicas na 64 obtenção de materiais

Capítulo 1 – As transformações químicas | 92 Experimento da hora O ácido acetilsalicílico | 93 Transformações químicas que envolvem o ácido acetilsalicílico | 93 Transformação química na indústria farmacêutica: a produção do ácido acetilsalicílico | 95 Rede do tempo O medicamento mais popular | 96 O que pode ser feito com o ácido acético? | 98 Nós Os perigos nos produtos de limpeza | 99 Ciências e Engenharia de alimentos Como abrandar o ardido da pimenta? | 100 Atividades | 101

Para ler o texto científico Emergências com corrosivos: diluição ou neutralização? | 106

Cristalização | 83

No laboratório Representando a obtenção de

Centrifugação | 84

amônia | 108

Extração com solvente | 84 Fórum Separação de sólidos | 85 Atividades | 86

Pensar, fazer, compartilhar À procura de indicadores ácido-base | 110

UNIDADE 5 Transformações químicas na obtenção de energia

112

Capítulo 2 – Energia elétrica: transformações | 123 Transformações químicas e energia elétrica: as pilhas | 123 Rede do tempo A pilha de Volta | 124

Corrente elétrica | 124

Para ler o texto científico Lei de Hooke | 159

Explore Choque elétrico no corpo humano | 125

No laboratório Reconhecendo forças | 160

Fórum I mpactos ambientais de usinas geradoras de energia elétrica | 127 @Multiletramentos I nfográfico sobre produção de luz e calor ao longo do tempo | 127

UNIDADE 7

A transformação da energia elétrica | 128

Calor: transferências e consequências

Ciências e Tecnologia G eração de energia elétrica por fonte eólica | 129

Capítulo 1 – A medida de temperatura | 164

Atividades | 130

Para ler o texto científico Onde são fabricados os elementos químicos? | 131

No laboratório Construindo uma pilha | 132

162

Capítulo 2 – A medida da energia térmica | 173 Relação entre quantidade de calor, massa e variação de temperatura | 173 @Multiletramentos Reaproveitamento de calor | 174

Para ler o texto científico Século XIX: o zero absoluto | 181

No laboratório Correntes de convecção | 182

Capítulo 2 – Ondas eletromagnéticas | 197 Espectro eletromagnético | 197 Rede do tempo A descoberta das ondas eletromagnéticas | 198 Ondas de rádio | 198

Fórum Índice ultravioleta | 203 Atividades | 204

Para ler o texto científico Ondas e correntes marítimas | 205

No laboratório Fenômenos ondulatórios | 206 Pensar, fazer, compartilhar Aquecimento global | 208

@Explore A s frequências das emissoras de rádio | 199

Experimento da hora I magens dos espelhos curvos | 228

Experimento da hora Impedindo a comunicação entre telefones celulares | 199

Lentes esféricas | 229

Avaliações oficiais | 236 Bibliografia | 240

Fórum Sorria! Você está sendo filmado | 230 Ciências e Cinema A visão do Super-Homem e do Homem Invisível | 231 Atividades | 232

Para ler o texto científico Janelas matam bilhões de pássaros | 233

No laboratório Imagens das lentes | 234

UNIDADE

Materiais: propriedades e constituição

Observe a paisagem na imagem ao lado e responda às questões propostas abaixo. 1. Cite uma característica do vidro que explique o motivo de usarmos esse material em janelas. Justifique sua resposta. 2. Na escolha de um material para ser utilizado em grandes construções, qual característica dele você acha que deve ser levada em conta? Você saberia citar algum material que atende a essa exigência? Em caso afirmativo, qual seria?

Ronaldo Nina/Tyba

O Elevador Lacerda, atração turística de Salvador, BA, é utilizado como meio de transporte entre as cidades Baixa e Alta. A imagem mostra as grandes janelas por toda a passarela de acesso ao elevador a partir da Cidade Alta, permitindo assim uma visão panorâmica da Baía de Todos-os-Santos. O conjunto do Elevador Lacerda é sustentado por uma estrutura de concreto.

NESTA UNIDADE

• Propriedades gerais e específicas dos materiais. • Propriedades que respondem à luz, à energia térmica e aos esforços mecânicos. • Densidade e flutuabilidade dos corpos na água e no ar. • Substâncias químicas e elementos químicos. Elevador Lacerda, em Salvador (BA), 2014. Há uma diversidade de materiais que constituem os objetos e a estrutura dessa construção.

CAPÍTULO

Os materiais e suas propriedades São muitos os materiais utilizados em nossa vida diária para as mais diversas finalidades. Para obtê-los, retiramos e utilizamos recursos do ambiente, sejam eles minerais, vegetais, animais ou fósseis. Precisamos também enfrentar os problemas decorrentes dessa retirada e utilização, as quais durante muito tempo foram e, em muitos casos, ainda são realizadas descontroladamente, sem uma avaliação devida da extensão dos desequilíbrios que geram. Os resultados de tal ação humana estão à vista de todos: diversos ambientes já estão prejudicados pela extinção de várias espécies de seres vivos, e há recursos se aproximando do esgotamento.

As usinas siderúrgicas utilizam minérios de ferro para produzir o aço. Muitas delas também reaproveitam sucatas, além dos minérios.

Rihardzz/Shutterstock/Glow Images

Rubens Chaves/Pulsar

Observe as imagens e responda às questões.

Extração de minério de ferro (hematita) em Congonhas (MG), 2014.

Sucata de ferro e aço.

1. Quais modificações a mineração causa ao ambiente natural? 2. Como o aumento da reciclagem do aço pode contribuir para a diminuição dos danos ambientais?

A solução desses problemas requer uma série de ações que permitam o uso contínuo de materiais e a manutenção dos recursos naturais. O equilíbrio entre uso e manutenção possibilitará o desenvolvimento sustentável. As ações para um desenvolvimento sustentável requerem, necessariamente, um conhecimento mais aprofundado a respeito das características dos materiais utilizados.

Propriedades gerais e específicas dos materiais Todos os materiais têm massa e ocupam lugar no espaço, ou seja, apresentam volume. Um mesmo material pode possuir diferentes massas conforme a quantidade que constitui a amostra observada. Por exemplo, podem ser feitos pacotes de 1 quilograma e de 5 quilogramas de açúcar, assim como pacotes de 1 quilograma e de 5 quilogramas de sal. Porém, se colocarmos um desses pacotes em uma balança e ela acusar massa de 1 quilograma, não temos como saber se o pacote é de sal ou de açúcar. Isso porque o valor da massa por si só não permite diferenciar esses dois materiais. Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si. As cores não correspondem aos tons reais.

1 kg de sal Ilustrações: Studio Caparroz

1 kg de açúcar

Somente pela massa é impossível saber qual material é açúcar e qual é sal.

De maneira semelhante, um mesmo material pode apresentar diferentes volumes, conforme a quantidade que constitui a amostra observada. Assim, qualquer material poderá ocupar o volume correspondente a 1 dm3 (decímetro cúbico) ou 1 L (litro), a 5 dm3 ou 5 L, e assim por diante. O volume, por si só, também não diferencia um material de outro. Observe o líquido destes dois copos graduados: é possível indicar em qual copo está o álcool e em qual está a água?

Somente pelo volume não se pode saber qual dos frascos contém álcool e qual contém água. 1 L de álcool

1 L de água

Nesse contexto, massa e volume são propriedades gerais dos materiais, isto é, são propriedades comuns a todos os materiais e, portanto, não permitem a sua diferenciação ou identificação. Por sua vez, cor, brilho, transparência, densidade, condutibilidade elétrica, condutibilidade térmica e muitas outras propriedades podem variar de um material para outro e, portanto, servem para diferenciá-los e identificá-los. São essas as propriedades específicas dos materiais.

Condutibilidade: propriedade dos materiais de serem bons ou maus condutores (por exemplo, de eletricidade ou de calor).

Propriedades relacionadas à ação da luz Cor, brilho e transparência são propriedades que resultam da interação dos materiais com a luz. Como interação quer dizer ação mútua ou recíproca entre dois ou mais elementos, conclui-se que essas três propriedades dependem tanto da luz como do material. Para entender melhor o que são essas propriedades, devemos considerar, em primeiro lugar, que a luz consiste em uma forma de energia (radiação eletromagnética) que se propaga através de ondas e é capaz de sensibilizar as células presentes nos olhos. Espectro eletromagnético: conjunto das radiações eletromagnéticas conhecidas.

Os elementos da imagem estão fora de escala de tamanho entre si. As cores não correspondem aos tons reais.

A principal fonte de luz para o planeta Terra é o Sol. A luz emitida pelo Sol, apesar de nos parecer branca, é composta de várias cores. Além da luz, o Sol emite várias outras radiações, com energia diferente da luz (ondas diferentes), que formam o que chamamos de espectro eletromagnético. Fazem parte desse espectro as ondas de rádio, as micro-ondas, os raios X e muitas outras radiações que nossos olhos não são capazes de perceber, mas que podem ser utilizadas pelo ser humano.

Studio Caparroz

Esquema ilustrado do espectro eletromagnético

ondas de rádio (AM e FM) e TV

micro-ondas

infravermelho

ultravioleta luz visível

aumenta a energia

raios X

radiação gama

Cor A cor é uma propriedade que se manifesta como resultado da absorção e da reflexão de luz por um material. A absorção de toda a luz visível por um material qualquer permitirá que ele seja identificado como preto pela nossa percepção de cor, resultante da interação da luz com os olhos e do processamento pelo cérebro das informações que resultam dessa interação. Entretanto, se houver reflexão de toda a luz incidente, ele será percebido por nós como branco. A cor que observamos quando um material interage com a luz branca – formada pela soma de luzes de todas as cores do espectro visível – é aquela porção da luz branca que o material não absorve. Assim, se um objeto é vermelho, é porque ele absorve todas as cores que constituem o espectro visível, menos a vermelha.

Incidente: que recai, que se reflete. Espectro visível: radiação capaz de sensibilizar a visão humana.

A cor que se observa também depende da forma pela qual o material se apresenta. Por exemplo, o mineral hematita, quando lapidado, apresenta cor cinza. Porém, quando esse mineral está sob a forma de pó, ele se apresenta na cor vermelha aos nossos olhos.

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Philip Evans/VisualsUnlimited/Corbis/Latinstock

A hematita se apresenta na cor cinza, em um colar feito com pequenas esferas desse mineral lapidado (A), ou na cor vermelha, quando está sob a forma de pó (B).

Outro aspecto interessante ligado à luz e à cor é o fato de certos materiais absorverem luz ultravioleta, que é invisível, e refletirem luz visível. Esse fenômeno se chama fluorescência. As cédulas da moeda brasileira, o Real, utilizam esse tipo de sistema como uma forma de segurança contra falsificações.

Dott

Há no mercado uma caneta química que serve para verificar se uma cédula é autêntica ou não. A tinta dessa caneta reage quimicamente com o papel-moeda fornecendo uma marca que pode ser amarelo-clara ou transparente para cédulas autênticas ou escura para as falsas.

Caneta química para detectar a autenticidade de uma cédula.

Imagens: captura via escâner

Itens de segurança nas cédulas de Real elemento fluorescente

numeração de série

registro complementar com verso

fio de segurança

faixa holográfica impressão em alto-relevo

• O que fazer ao suspeitar que uma nota pode ser falsa?

Brilho O brilho também é uma propriedade que é consequência da interação dos materiais com a luz. Ele resulta da reflexão da luz na superfície do material: quanto mais uniforme a superfície, maior a regularidade da reflexão e, consequentemente, maior o brilho. Os metais em geral apresentam brilho acentuado, principalmente se a superfície estiver bem polida. Outros materiais refletem menos a luz (como a madeira envernizada, por exemplo), e outros ainda são foscos, ou seja, praticamente não refletem a luz.

O ouro é um metal que, polido, apresenta brilho intenso (A); o carvão em pó é fosco (B).

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Há vários itens que podem ser checados para verificar se uma cédula de real é verdadeira. Se tiver oportunidade, visite os links <http://eba.im/ kpdg3n> e <http://eba. im/uzi9zh> (acessos em: 20 jan. 2015) e, depois, responda à questão a seguir.

As duas famílias das cédulas de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 reais que estão em circulação no Brasil apresentam, além de pigmentos visíveis somente sob luz ultravioleta, diversos itens de segurança, observáveis pelos sentidos da visão e do tato, cujo objetivo é evitar as falsificações. Todo brasileiro deve conhecer quais são esses itens de segurança e observá-los antes de receber qualquer cédula.

Africa Studio/Shutterstock/Glow Images

Aceite apenas cédulas verdadeiras

marca-d’água

Entre os sistemas de segurança dessa nota estão o número 50 e a numeração de série impressos com a utilização de material que só é visível sob luz ultravioleta.

Transparência A transparência está relacionada à passagem da luz por um material. Quando a transparência de um material à luz é alta, enxergam-se, com nitidez, objetos que estão atrás dele. É o caso dos vidros lisos utilizados em janelas, considerados transparentes. Os vidros chamados despolidos, ao interagirem com a luz, não a deixam passar completamente, por isso os objetos que estão do outro lado se apresentam muito desfocados, sem nitidez. Esses vidros são considerados translúcidos. Outros materiais, como a madeira de uma porta ou uma chapa de ferro, por exemplo, não permitem a passagem de luz, por isso são considerados materiais opacos.

Fotos: Sérgio Dotta Jr/The Next

Material transparente.

Material translúcido.

Material opaco.

É importante ressaltar que a maior ou a menor transparência de um material dependem não só da sua constituição, mas também da sua espessura e das características da luz com a qual interage (intensidade e tipo de luz). Veja os seguintes exemplos: • uma chapa de ouro é opaca à luz visível, mas, se essa chapa for transformada em uma lâmina muito fina, passará a ser transparente; • uma lâmina de prata é opaca à luz visível, mas transparente à luz ultravioleta de determinada energia; • a borracha comum é opaca à luz visível, mas transparente à luz infravermelha de determinada energia.

Propriedades relacionadas à interação dos materiais com energia térmica Temperatura de fusão e temperatura de ebulição são as duas propriedades específicas relacionadas à interação dos materiais com energia térmica. Elas são de grande importância para a escolha de materiais que resistam ou não ao efeito de determinada energia.

Temperatura de fusão A temperatura de fusão é a temperatura máxima em que um material pode existir como sólido nas condições de pressão em que se encontra. Nessa temperatura o material começa a passar de sólido para líquido; acima dela, o material não existe no estado sólido sob a mesma pressão. Por exemplo, a temperatura de fusão da água sólida (gelo) a 1 atm (pressão atmosférica no nível do mar) é 0 °C. À mesma pressão, a temperatura de fusão do estanho, metal usado em soldas, é 232 °C, e a do cobre utilizado em cabos elétricos é próxima de 1 080 °C. Para passar de sólido para líquido, o material deve receber energia. A quantidade de energia necessária para que isso ocorra é diretamente proporcional à temperatura de fusão do material – quanto maior ela for, maior será a quantidade de energia. Por exemplo, basta expor o gelo a um ambiente em que a temperatura seja superior a 0 °C para que ele passe de sólido para líquido facilmente, pois o próprio ambiente fornece energia para que essa fusão ocorra (a temperatura ambiente é de aproximadamente 25 °C). Já o estanho, nas mesmas condições, precisa receber mais energia, cuja fonte pode ser, por exemplo, o aquecimento de um ferro de soldar. A facilidade com que um material pode atingir sua temperatura de fusão por interação com a energia térmica é conhecida como fusibilidade. A água, então, apresenta maior fusibilidade que o estanho.

Temperatura de ebulição A temperatura de ebulição é a temperatura máxima em que um material pode existir no estado líquido em determinada pressão. Nessa temperatura, ele começa a passar para o estado gasoso; acima dela, sob a mesma pressão, o material só pode existir no estado gasoso. Por exemplo, sob a pressão atmosférica de 1 atm (nível do mar), a temperatura de ebulição da água é 100 °C e a do álcool etílico (álcool comum) é cerca de 79 °C. Acima dessas temperaturas, sob pressão de 1 atm, esses dois materiais só existem no estado gasoso. O inverso, entretanto, não é válido: em temperaturas inferiores às suas temperaturas de ebulição, os materiais existem no estado líquido, mas também no estado gasoso, pois evaporam. Assim, a água líquida pode evaporar e o álcool também.

A facilidade com que um líquido passa para o estado gasoso é conhecida como volatilidade. A volatilidade de um líquido é inversamente proporcional à temperatura de ebulição em determinada pressão – quanto maior essa temperatura, menor a volatilidade. Assim, o álcool é mais volátil que a água se ambos estiverem à mesma temperatura e sob a mesma pressão. Uma evidência disso, por exemplo, está no fato de um pano embebido em álcool secar mais rápido que o mesmo pano embebido em água, ambos nas mesmas condições de temperatura e pressão.

Propriedades dos materiais submetidos a esforços mecânicos Você já deve ter notado que os materiais apresentam comportamentos diferentes quando são submetidos a esforços mecânicos: uns riscam facilmente, outros não; uns quebram facilmente, outros não; uns esticam mais, outros menos, e assim por diante. A expressão esforço mecânico refere-se às forças que provocam deformações nos materiais (torções, mudanças de forma, quebras e riscos, por exemplo), visíveis ou não a olho nu. Dureza, tenacidade, ductilidade e maleabilidade são algumas propriedades específicas resultantes das interações dos materiais com as forças mecânicas.

Dureza Se um material interagir com determinada força e se esta for exercida ao longo de sua superfície, ele poderá ser riscado ou não, dependendo da intensidade da força aplicada e do tipo de objeto que será utilizado na tentativa de riscá-lo. Entende-se como risco um sulco formado na superfície do material.

Sulco: fissura, arranhão.

Por exemplo: a tentativa de riscar um pedaço de quartzo com giz não será bem-sucedida; por mais força que se aplique, é o giz que se desgasta. No entanto, para riscar um pedaço de giz com quartzo, a força necessária é muito pequena. Isso acontece porque a dureza do quartzo é muito maior que a do giz. A dureza de um material pode ser definida como a resistência que ele opõe ao esforço exercido sobre sua superfície com o fim de riscá-la. Quanto maior for essa resistência, maior a força necessária para riscá-lo.

inxti

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tock

/Glo

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age

O papel tem dureza maior que a ponta de um lápis.

Dureza

Mineral de referência

Talco

Gipsita

Calcita

Fluorita

Apatita

Feldspato

Quartzo

Topázio

Coríndon

Diamante

Fonte: UFRGS. Rochas e minerais. Rio Grande do Sul, [2014?]. Disponível em: <http://www.ufrgs.br/demin/ discpl_grad/mec_rochas_ aplicada/Minerals-rocks.pdf>. Acesso em: 19 mar. 2015.

A dureza dos materiais pode ser avaliada por métodos diferentes. Os mais comuns são os que utilizam a escala de Mohs e o ensaio de dureza Rockwell. No primeiro, especialmente empregado para avaliar a dureza de minerais, utiliza-se uma escala em que se atribuiu o valor 1 ao talco, o mineral de menor dureza que se conhece, e o valor 10 ao diamante, o mineral de maior dureza que se conhece. Outros minerais são classificados de acordo com essa escala, como mostra a tabela ao lado. A tabela mostra os minerais que foram escolhidos como parâmetros para o estabelecimento da escala de Mohs. Isso não quer dizer que esses minerais sejam os únicos materiais que apresentam esses valores de dureza nem que esses valores sejam os únicos possíveis. Por exemplo, o mineral espinélio também apresenta dureza igual a 8; o mineral anglesita tem dureza 3; a dureza do vidro é cerca de 5; a unha humana tem dureza em torno de 2,5 e é capaz de riscar a gipsita, mas não risca a calcita. Os minerais euclásio, andaluzita e zircão apresentam dureza igual a 7,5.

mostrador

ponteiro

amostra

suporte

parafuso de elevação

Carlos Luvizari

Escala de Mohs

carga

Equipamento utilizado para medir a dureza de materiais pelo método Rockwell, o durômetro. Nele, aplica-se uma carga conhecida para forçar, durante 10 segundos (tempo padrão), um ponteiro (de material conhecido) a penetrar no material em teste. Após esse tempo a carga é retirada e lê-se no mostrador a dureza do material, que corresponde à profundidade penetrada pelo ponteiro.

Tenacidade

Polietileno: polímero mais simples, popularmente conhecido como um tipo de plástico.

A tenacidade é a resistência que um material apresenta à quebra ao interagir com forças de impacto, quando se choca com outro material, por exemplo. Quanto maior for o valor da força de impacto a que um material pode ser submetido sem se quebrar, maior será a sua tenacidade. É importante notar que um material de baixa dureza pode ser muito tenaz e um de alta dureza pode ser pouco tenaz. É o caso, por exemplo, do polietileno, que apresenta baixa dureza mas alta resistência à quebra, e do vidro, que tem dureza relativamente alta porém baixa resistência à quebra.

Ductilidade e maleabilidade

Alexandre Dotta/The Next

Ilustrações: Luís Moura

Ductilidade e maleabilidade são propriedades que podem ser relacionadas com a elasticidade e a flexibilidade de um material. Elas podem ser associadas, respectivamente, à transformação de um material em fios e à transformação de um material em chapas ou lâminas quando submetidos a esforços mecânicos.

fio de metal

Fio metálico.

Transformação de material dúctil em fio.

Sér

gio

tta

Jr/T

Os elementos das imagens estão fora de escala de tamanho entre si. As cores não correspondem aos tons reais.

lâmina de metal

Transformação de material maleável em lâmina (chapa).

Chapa de metal.

Quanto menor a força necessária para conseguir transformar um material em fios ou lâminas, mais dúctil ou maleável ele é.

Densidade: relação entre massa e volume Densidade é também uma propriedade específica dos materiais que, portanto, permite diferenciá-los. Essa propriedade consiste na relação existente entre duas propriedades gerais dos materiais: massa e volume. Ela corresponde à massa de um material existente em cada unidade de seu volume em dada temperatura. Como se pode determinar experimentalmente qual é a densidade de um material? É o que veremos a seguir.

Determinação da densidade de líquidos Para saber a densidade de líquidos, basta determinar a massa correspondente de dado volume de líquido medido em um frasco graduado e, então, calcular qual a massa existente em cada unidade de volume do líquido. Suponha, por exemplo, a seguinte situação: uma pessoa leu em um artigo da internet que a densidade do azeite de oliva pode variar entre 0,91 g/cm3 e 0,93 g/cm3 e quis verificar se a densidade do azeite de oliva que adquiriu estava dentro desses limites. Para isso, ela seguiu o seguinte procedimento: A. Colocou uma seringa de 10 mL sem agulha e vazia em uma balança e anotou a massa registrada pela balança: 15,4 g. B. Com a seringa, sugou 10 mL, que correspondem a 10 cm3, do azeite de oliva, colocou de novo a seringa na balança e anotou a massa da seringa com o azeite: 24,6 g. C. Calculou, por diferença, a massa correspondente aos 10 cm3 de azeite dentro da seringa:

24,6 g 2 15,4 g 5 9,2 g

. Por último, calculou a massa de azeite correspondente a cada cm3, dividinD do a massa do azeite pelo volume do azeite: 9,2 g : 10 cm3 5 0,92 g/cm3

E. Concluiu, assim, que a densidade do azeite de oliva estava dentro dos limites a que se referia o artigo consultado na internet.

Determinação da densidade de sólidos O procedimento adequado para determinar a densidade de um material sólido dependerá de suas características: se tem forma geométrica regular bem definida (cubo, esfera, paralelepípedo, por exemplo) ou não; se está sob forma de pó ou não; se é solúvel em água ou não. A seguir, mostraremos como se determinam a densidade de sólidos com forma geométrica regular e a de sólidos com forma geométrica irregular.

Densidade de sólidos com forma geométrica regular

Pirita: mineral constituído principalmente por sulfeto de ferro.

Suponha que você tenha um material sólido cuja forma geométrica seja bem definida, como as amostras do mineral pirita ao lado. Essas amostras têm a forma de um cubo praticamente perfeito. Amostras cúbicas de pirita.

Luís Moura

Como a amostra é cúbica, seu volume é o de um cubo, que é igual à medida da aresta elevada ao cubo (V 5 a3). A figura abaixo mostra a medida dessa aresta, feita com o uso de uma régua.

Aresta: cada uma das retas que une dois lados do cubo.

As cores não correspondem aos tons reais.

Representação da medida da aresta da amostra de pirita com o uso de uma régua.

A partir da medida da aresta, que é de 1,0 centímetro, calcula-se o volume do cubo: V 5 1,0 cm 3 1,0 cm 3 1,0 cm 5 1,0 cm3 A massa desse cubo de pirita, determinada em balança, é de 5,0 gramas. Logo, a partir da massa existente em cada centímetro cúbico de pirita, chega-se ao valor da densidade desse mineral, que é de 5,0 g/cm3. As propriedades da matéria permitem a distinção de materiais com aparência muito semelhante. Por exemplo, a distinção entre o ouro e a pirita, conhecida como “ouro dos tolos” por também ser amarela, pode ser feita pelas seguintes propriedades: o ouro é um metal maleável e a pirita (composta principalmente de sulfeto de ferro) se quebra facilmente.

O procedimento descrito para os sólidos de forma geométrica bem definida seria quase impossível, ou pelo menos muito trabalhoso, de ser realizado com materiais de formas geométricas indefinidas. Considere a amostra de pirita da foto ao lado. Note que ela não tem a forma quase perfeita da amostra cuja densidade foi determinada anteriormente.

Sérgio Dotta Jr/The Next

Densidade de sólidos de forma geométrica irregular

Uma amostra irregular de pirita.

A massa dessa amostra de pirita foi determinada em uma balança (200 gramas). Em seguida, ela foi introduzida em uma proveta (cilindro graduado ) contendo 100 cm3 de água. O volume subiu para 140 cm3.

As cores não correspondem aos tons reais.

Luís Moura

Representação da determinação da densidade da pirita utilizando o método da imersão em água.

Exatidão (de uma medida): indica quanto a medida feita se aproxima do valor real ou aceito daquilo que se está medindo.

O óleo é menos denso que a água.

Assim, o volume dessa amostra é de 40 cm3 (140 cm3 – 100 cm3), ou seja, cada 5 gramas de pirita ocupa o volume de 1 cm3 (200 g  40 cm3 5 5 g/cm3). Esse método permite então determinar a densidade dessa amostra de pirita, que é próxima de 5 g/cm3. O número de casas decimais com que um valor é expresso depende da exatidão dos instrumentos utilizados para a medida. No caso acima, o valor deve ser expresso somente com um algarismo, sem casas decimais, pois o instrumento utilizado para a medida do volume não permite fazer leituras mais exatas.

Densidade e flutuabilidade dos corpos na água e no ar

Sérgio Dotta Jr/The Next

óleo

água

A flutuabilidade está diretamente relacionada com a diferença de densidade dos corpos. A pirita e o ouro afundam na água porque suas densidades são superiores à desse líquido. Já o isopor flutua na água porque sua densidade é inferior. O óleo tem densidade inferior à da água e não se dissolve nela. Isso explica por que, em uma mistura de óleo e água, o óleo fica na parte de cima. Pelas mesmas razões, os derrames de petróleo na água do mar cobrem extensas superfícies sem afundar (o petróleo é menos denso que a água do mar). Já o mercúrio, metal líquido utilizado em termômetros, é bem mais denso que a água e também não se dissolve nela. Assim, em uma mistura de água e mercúrio, é a água que fica na parte de cima.

Album/akg-images/Latinstock

Explosão do dirigível Hindenburg, em Lakehurst (EUA), 1937.

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A diferença de densidade pode também explicar por que os dirigíveis (“zepelins”) sobem. Eles são inflados com o gás hélio, que é menos denso que o ar, quando comparado a este nas mesmas condições de temperatura e pressão. O uso de hélio é seguro, pois esse gás é inerte e não sofre combustão. Os primeiros zepelins eram preenchidos com hidrogênio, um gás também menos denso que o ar, mas muito inflamável e explosivo. Um grave acidente ocorrido com o dirigível Hindenburg, em 6 de maio de 1937, pôs fim à utilização de hidrogênio em balões e dirigíveis.

Dirigível preenchido com gás hélio sobrevoando o oceano.

A densidade de um gás depende também da temperatura. Isso ajuda a entender por que um balão de ar quente sobe: o ar quente é menos denso que o ar frio. Balão com ar quente subindo.

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Preparação para a subida de um balão de ar quente.

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O problema de Arquimedes Alçar: nomear. Votivo: oferecido em cumprimento de voto; promessa. Régio: relativo ao rei, digno de rei; muito bem remunerado. Indício: indicação, evidência. Rogar: suplicar, implorar. Heureca: achei. Verter: transbordar, derramar, entornar. Sextário: medida da época, que hoje corresponde a 0,54 L.

Alçado Hierão ao poder real de Siracusa, como decidisse que haveria de usar uma coroa votiva de ouro [...], encarregou de confeccioná-la um artesão regiamente remunerado, e forneceu-lhe o ouro necessário [...]. Algum tempo depois, surgiram indícios de que havia sido subtraído ouro e em seu lugar fora misturada a mesma quantidade de prata durante a confecção da coroa. Indignado, Hierão [...] rogou a Arquimedes que se empenhasse nesse caso. Tendo este se envolvido então no assunto, casualmente, ao banhar-se, notou que, ao entrar na banheira, o quanto de seu corpo que nela mergulhasse, igual quantidade d’água transbordaria para fora. E como isso lhe fornecesse a chave para a solução do caso, não permaneceu ali [...]. Correndo, gritava repetidamente em grego heureca. A partir então dessa descoberta, conta-se que fez dois blocos do mesmo peso que o da coroa, um em ouro e outro em prata. Feito isso, tomou um recipiente amplo e o encheu de água até a borda, dentro do qual depositou o bloco de prata cujo volume submerso fez transbordar igual medida de água. Retirado o bloco, avaliou o volume transbordado e, em seguida, verteu até a borda um sextário d’água para que o recipiente se igualasse em volume ao que havia anteriormente. Descobriu então a que massa de prata corresponderia um certo volume de água. Uma vez realizado este experimento, depositou igualmente o bloco de ouro no recipiente repleto d’água e, tendo-o retirado, descobriu, seguindo o mesmo raciocínio, que transbordara um volume de água não equivalente, mas sim menor; que o volume de um bloco de ouro seria menor que o de um de prata com o mesmo peso. Depois disso, repleto novamente o recipiente e mergulhada n’água a coroa propriamente dita, descobriu que esta fazia transbordar mais água que um peso equivalente ao seu em ouro, e assim, com base no fato de a coroa fazer transbordar mais água, calculou e deduziu a quantidade de prata misturada ao ouro, e deixou manifesto o furto cometido pelo artesão. POLIÃO, Marco Vitrúvio. O problema de Arquimedes. Da arquitetura. Tradução Marco Aurélio Lagonegro. São Paulo: Hucitec: Fundação para a Pesquisa Ambiental, 1999. p. 200-201.

Conhecimentos científicos em uma história de suspense Você conheceu “O problema de Arquimedes” e pôde ver como ele o solucionou. O conhecimento acerca de propriedades e constituição dos materiais o ajudou a solucionar a questão para o rei. Leia mais sobre o caso, consultando o link <http://eba.im/7by5v4> (acesso em: 17 mar. 2015). Em grupos de quatro alunos, você e seus colegas vão inventar uma história, um caso policial que exija o trabalho de um detetive ou basear-se em algo que vocês conheçam, em que uma ou mais propriedades gerais e/ou específicas de algum material possam ajudar a solucionar um problema. Usem a imaginação e façam uma história em quadrinhos. Utilizem as informações sobre as características dos materiais que foram abordados nesta unidade e façam uma história repleta de suspense e desafio para quem a ler. Em uma data estabelecida, apresentem a história para seus colegas de sala e apreciem o trabalho e a criatividade de todos.

CIÊNCIAS E ARTE Contribuições das Ciências na Arte As Ciências da Natureza estão presentes nas diversas modalidades da Arte, não só propiciando o desenvolvimento e aprimoramento dos materiais utilizados em pinturas e esculturas, mas também na conservação e na restauração de obras de arte, na arquitetura, entre outras. Serve ainda como fonte de ideias, de contextos e até de conteúdos conceituais para obras literárias, cinematográficas, televisivas e teatrais. 1. Escolha alguma escultura (ou outro objeto de arte) existente em sua cidade e procure descobrir com que materiais ela foi feita. Para isso, você poderá perguntar a outras pessoas ou entrar no site oficial da Prefeitura Municipal e verificar se há informações a respeito. 2. Você já leu algum livro ou assistiu a algum filme, desenho animado, peça de teatro, programa ou seriado de TV em que estivessem presentes assuntos relacionados com as Ciências da Natureza? Em caso afirmativo, relate para o professor e seus colegas.

Líquidos e sólidos de diferentes densidades Neste experimento você poderá colocar em prática seus conhecimentos a respeito da densidade de sólidos e líquidos.

Material • um recipiente de 250 mL com tampa de rosca; • 50 mL de óleo de cozinha; • 50 mL de água; • 50 mL de mel; • uma bolinha de gude; • um pedaço de vela com 1,5 cm de espessura.

Procedimento 1. Antes da montagem, faça uma previsão: qual dos líquidos é o mais denso? E o menos denso? A. Para verificar se sua previsão está correta, coloque no fundo do vidro o líquido que você considerou mais denso. Depois, incline um pouco o vidro e, lentamente, coloque o líquido que, na sua previsão, possui densidade intermediária. B. E, por fim, também de maneira lenta, coloque o líquido que considerou menos denso. 2. Antes de colocar os objetos sólidos, faça uma previsão do que acontecerá com eles e anote. C. Com cuidado, coloque os objetos, um a um, no vidro e, mais uma vez, verifique se sua previsão estava correta. 3. Algum dos objetos sólidos flutuou? Em qual líquido teria flutuado?

Atividades Reveja 1. Cite três propriedades que permitem diferenciar um fio de náilon de um fio de cobre. 2. É possível identificar os materiais utilizando uma única propriedade específica (cor, por exemplo)? 3. Que diferença há entre um material fosco e um opaco? 4. Um cristal de diamante risca qualquer outro material. Entretanto, uma martelada relativamente leve pode fragmentá-lo em pequenos pedaços. • Como justificar esse comportamento do diamante? 5. Você viu no início desta unidade, nas páginas 12 e 13, que o vidro, por ser transparente, é um interessante material para ser utilizado em janelas, portas, entre paredes e até mesmo em objetos de nosso uso no dia a dia. Cite uma propriedade do vidro que o diferencia do polietileno. 6. Por que os eletricistas utilizam luvas de borracha para realizar consertos na rede elétrica? 7. A tabela seguinte fornece dados sobre a densidade, a 25 °C, de alguns metais.

Densidade dos metais Metal

Densidade (g/cm3)

Alumínio

2,7

Magnésio

1,7

Níquel

8,9

Considere uma barra metálica com as seguintes características: comprimento 5 6,0 cm; largura 5 2,0 cm; altura 5 0,50 cm; massa 5 24,0 g. a) Calcule o volume dessa barra em cm3.

9. Como se pode explicar o fato de uma lata de alumínio com refrigerante afundar na água e flutuar quando vazia? 10. A densidade do mercúrio líquido nas condições do ambiente é igual a 13,6 g/cm3. Quantos frascos de 100 cm3 de capacidade são necessários para armazenar 1,36 kg desse metal? 11. Considere barras metálicas, com as mesmas dimensões, dos seguintes metais: cobre, prata, chumbo, alumínio, ouro, zinco e estanho. • Faça uma pesquisa acerca das propriedades desses metais e indique o que você faria para identificar corretamente cada barra.

Explique 12. Apesar de o ouro conduzir energia elétrica com praticamente a mesma eficiência que o cobre, é este último o metal utilizado em fios condutores de energia elétrica. • Dê possíveis razões para esse fato. 13. Todos nós dependemos da extração de materiais da natureza. Muitos desses materiais, mais cedo ou mais tarde, se esgotarão. O que pode ser feito para retardar ao máximo esse esgotamento? 14. O óleo de cozinha, a gasolina, o querosene e vários outros líquidos combustíveis não se dissolvem na água e são menos densos que ela. • Com base nessas informações, procure justificar por que não se deve utilizar água para tentar apagar focos de incêndios provocados por esses líquidos.

b) Essa barra pode ser de algum dos metais indicados na tabela? Justifique.

15. Como justificar o fato de uma tora de madeira de 100 kg boiar na água e um prego de alguns gramas afundar nela?

8. Um cristal de quartzo puro cuja massa é de 5,4 g, ao ser introduzido em uma proveta que continha 5,0 cm3 de água, fez com que o nível da água nela subisse até a marca de 7,0 cm3. • Qual é a densidade do quartzo? Justifique.

16. Na página 14, na seção Pense e responda, você respondeu sobre as modificações que a mineração pode causar ao ambiente. Explique, então, por que é importante conhecer as propriedades dos materiais.